We report on the electrical characteristics of HfO2 and HfO2/Al2O3 gate dielectrics deposited on n-In0.53Ga0.47As by atomic layer deposition, after in-situ hydrogen or nitrogen plasma surface cleaning procedures, respectively. It is shown that alternating cycles of nitrogen plasma and trimethylaluminum prior to growth allow for highly scaled dielectrics with equivalent oxide thicknesses down to 0.6 nm and interface trap densities that are below 2.5 × 1012 cm−2 eV−1 near midgap. It is shown that the benefits of the nitrogen plasma surface cleaning procedure are independent of the specific dielectric.

1.
R.
Engel-Herbert
,
Y.
Hwang
, and
S.
Stemmer
,
J. Appl. Phys.
108
,
124101
(
2010
).
2.
I.
Krylov
,
L.
Kornblum
,
A.
Gavrilov
,
D.
Ritter
, and
M.
Eizenberg
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
173508
(
2012
).
3.
R.
Suzuki
,
N.
Taoka
,
M.
Yokoyama
,
S.
Lee
,
S. H.
Kim
,
T.
Hoshii
,
T.
Yasuda
,
W.
Jevasuwan
,
T.
Maeda
,
O.
Ichikawa
 et al,
Appl. Phys. Lett.
100
,
132906
(
2012
).
4.
Y.
Hwang
,
V.
Chobpattana
,
J. Y.
Zhang
,
J. M.
LeBeau
,
R.
Engel-Herbert
, and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
142901
(
2011
).
5.
B. J.
Skromme
,
C. J.
Sandroff
,
E.
Yablonovitch
, and
T.
Gmitter
,
Appl. Phys. Lett.
51
,
2022
(
1987
).
6.
É.
O'Connor
,
B.
Brennan
,
V.
Djara
,
K.
Cherkaoui
,
S.
Monaghan
,
S. B.
Newcomb
,
R.
Contreras
,
M.
Milojevic
,
G.
Hughes
,
M. E.
Pemble
 et al,
J. Appl. Phys.
109
,
024101
(
2011
).
7.
E. J.
Kim
,
E.
Chagarov
,
J.
Cagnon
,
Y.
Yuan
,
A. C.
Kummel
,
P. M.
Asbeck
,
S.
Stemmer
,
K. C.
Saraswat
, and
P. C.
McIntyre
,
J. Appl. Phys.
106
,
124508
(
2009
).
8.
Y.
Hwang
,
R.
Engel-Herbert
, and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
052911
(
2011
).
9.
A. D.
Carter
,
W. J.
Mitchell
,
B. J.
Thibeault
,
J. J. M.
Law
, and
M. J. W.
Rodwell
,
Appl. Phys. Express
4
,
091102
(
2011
).
10.
W.
Melitz
,
J.
Shen
,
T.
Kent
,
A. C.
Kummel
, and
R.
Droopad
,
J. Appl. Phys.
110
,
013713
(
2011
).
11.
F.
Capasso
and
G. F.
Williams
,
J. Electrochem. Soc.
129
,
821
(
1982
).
12.
A.
Callegari
,
P. D.
Hoh
,
D. A.
Buchanan
, and
D.
Lacey
,
Appl. Phys. Lett.
54
,
332
(
1989
).
13.
M.
Radosavljevic
,
G.
Dewey
,
J. M.
Fastenau
,
J.
Kavalieros
,
R.
Kotlyar
,
B.
Chu-Kung
,
W. K.
Liu
,
D.
Lubyshev
,
M.
Metz
,
K.
Millard
 et al in
IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM)
(
2010
), p.
6
1
.
14.
I.
Krylov
,
A.
Gavrilov
,
D.
Ritter
, and
M.
Eizenberg
,
Appl. Phys. Lett.
99
,
203504
(
2011
).
15.
E. J.
Kim
,
L. Q.
Wang
,
P. M.
Asbeck
,
K. C.
Saraswat
, and
P. C.
McIntyre
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
012906
(
2010
).
16.
R.
Suzuki
,
N.
Taoka
,
M.
Yokoyama
,
S.-H.
Kim
,
T.
Hoshii
,
T.
Maeda
,
T.
Yasuda
,
O.
Ichikawa
,
N.
Fukuhara
,
M.
Hata
 et al,
J. Appl. Phys.
112
,
084103
(
2012
).
17.
S.
Koveshnikov
,
N.
Goel
,
P.
Majhi
,
H.
Wen
,
M. B.
Santos
,
S.
Oktyabrsky
,
V.
Tokranov
,
R.
Kambhampati
,
R.
Moore
,
F.
Zhu
 et al,
Appl. Phys. Lett.
92
,
222904
(
2008
).
18.
T. D.
Lin
,
Y. H.
Chang
,
C. A.
Lin
,
M. L.
Huang
,
W. C.
Lee
,
J.
Kwo
, and
M.
Hong
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
172110
(
2012
).
19.
J. Y.
Yun
,
S. W.
Rhee
,
S.
Park
, and
J. G.
Lee
,
J. Vac. Sci. Technol. A
18
,
2822
(
2000
).
20.
V.
Chobpattana
,
J.
Son
, and
S.
Stemmer
(unpublished).
21.
R.
Engel-Herbert
,
Y.
Hwang
, and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
062905
(
2010
).
22.
K.
Martens
,
C. O.
Chui
,
G.
Brammertz
,
B.
De Jaeger
,
D.
Kuzum
,
M.
Meuris
,
M. M.
Heyns
,
T.
Krishnamohan
,
K.
Saraswat
,
H. E.
Maes
 et al,
IEEE Trans. Electron Devices
55
,
547
(
2008
).
23.
S.
Stemmer
,
V.
Chobpattana
, and
S.
Rajan
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
233510
(
2012
).
24.
A.
Ali
,
H.
Madan
,
S.
Koveshnikov
,
S.
Oktyabrsky
,
R.
Kambhampati
,
T.
Heeg
,
D.
Schlom
, and
S.
Datta
,
IEEE Trans. Electron Devices
57
,
742
(
2010
).
25.
H. C.
Lin
,
G.
Brammertz
,
K.
Martens
,
G.
de Valicourt
,
L.
Negre
,
W. E.
Wang
,
W.
Tsai
,
M.
Meuris
, and
M.
Heyns
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
153508
(
2009
).
26.
E. H.
Nicollian
and
J. R.
Brews
,
MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology
(
Wiley
,
New York
,
1982
).
27.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4776656 for AFM images of HfO2 surfaces and leakage data.
28.
G. J.
Burek
,
Y.
Hwang
,
A. D.
Carter
,
V.
Chobpattana
,
J. J. M.
Law
,
W. J.
Mitchell
,
B.
Thibeault
,
S.
Stemmer
, and
M. J. W.
Rodwell
,
J. Vac. Sci. Technol. B
29
,
040603
(
2011
).
29.
Y.
Hwang
,
R.
Engel-Herbert
,
N. G.
Rudawski
, and
S.
Stemmer
,
J. Appl. Phys.
108
,
034111
(
2010
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.