Diffusion of indium through HfO2 after post deposition annealing in N2 or forming gas environments is observed in HfO2/In0.53Ga0.47As stacks by low energy ion scattering and X-ray photo electron spectroscopy and found to be consistent with changes in interface layer thickness observed by transmission electron microscopy. Prior to post processing, arsenic oxide is detected at the surface of atomic layer deposition-grown HfO2 and is desorbed upon annealing at 350 °C. Reduction of the interfacial layer thickness and potential densification of HfO2, resulting from indium diffusion upon annealing, is confirmed by an increase in capacitance.

1.
R.
Chau
,
S.
Datta
,
M.
Doczy
,
B.
Doyle
,
J.
Jin
,
J.
Kavalieros
,
A.
Majumdar
,
M.
Metz
, and
M.
Radosavljevic
,
IEEE Trans. Nanotechnol.
4
,
153
(
2005
).
3.
E.
O'Connor
,
S.
Monaghan
,
R. D.
Long
,
A.
O'Mahony
,
I. M.
Povey
,
K.
Cherkaoui
,
M. E.
Pemble
,
G.
Brammertz
,
M.
Heyns
,
S. B.
Newcomb
,
V. V.
Afanas'ev
, and
P. K.
Hurley
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
102902
(
2009
).
4.
H. D.
Trinh
,
E. Y.
Chang
,
P. W.
Wu
,
Y. Y.
Wong
,
C. T.
Chang
,
Y. F.
Hsieh
,
C. C.
Yu
,
H. Q.
Nguyen
,
Y. C.
Lin
,
K. L.
Lin
, and
M. K.
Hudait
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
042903
(
2010
).
5.
R.
Suzuki
,
N.
Taoka
,
M.
Yokoyama
,
S. H.
Kim
,
T.
Hoshii
,
T.
Maeda
,
T.
Yasuda
,
O.
Ichikawa
,
N.
Fukuhara
,
M.
Hata
,
M.
Takenaka
, and
S.
Takagi
,
J. Appl. Phys.
112
,
084103
(
2012
).
6.
H.
Zhao
,
Y. T.
Chen
,
J. H.
Yum
,
Y. Z.
Wang
,
F.
Zhou
,
F.
Xue
, and
J. C.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
102101
(
2010
).
7.
C. L.
Hinkle
,
A. M.
Sonnet
,
E. M.
Vogel
,
S.
McDonnell
,
G. J.
Hughes
,
M.
Milojevic
,
B.
Lee
,
F. S.
Aguirre-Tostado
,
K. J.
Choi
,
H. C.
Kim
,
J.
Kim
, and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
92
,
071901
(
2008
).
8.
M. M.
Frank
,
G. D.
Wilk
,
D.
Starodub
,
T.
Gustafsson
,
E.
Garfunkel
,
Y. J.
Chabal
,
J.
Grazul
, and
D. A.
Muller
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
152904
(
2005
).
9.
C. H.
Chang
,
Y. K.
Chiou
,
Y. C.
Chang
,
K. Y.
Lee
,
T. D.
Lin
,
T. B.
Wu
,
M.
Hong
, and
J.
Kwo
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
242911
(
2006
).
10.
K.
Onishi
,
C. S.
Kang
,
R.
Choi
,
H. J.
Cho
,
S.
Gopalan
,
R. E.
Nieh
,
S. A.
Krishnan
, and
J. C.
Lee
,
IEEE Trans. Electron Devices
50
,
384
(
2003
).
11.
Y.
Hwang
,
R.
Engel-Herbert
,
N. G.
Rudawski
, and
S.
Stemmer
,
J. Appl. Phys.
108
,
034111
(
2010
).
12.
E. J.
Kim
,
L. Q.
Wang
,
P. M.
Asbeck
,
K. C.
Saraswat
, and
P. C.
McIntyre
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
012906
(
2010
).
13.
V.
Chobpattana
,
J.
Son
,
J. J. M.
Law
,
R.
Engel-Herbert
,
C. Y.
Huang
, and
S.
Stemmer
,
Appl. Phys. Lett.
102
,
022907
(
2013
).
14.
R. D.
Long
,
B.
Shin
,
S.
Monaghan
,
K.
Cherkaoui
,
J.
Cagnon
,
S.
Stemmer
,
P. C.
McIntyre
, and
P. K.
Hurley
,
J. Electrochem. Soc.
158
,
G103
(
2011
).
15.
B.
Brennan
and
G.
Hughes
,
J. Appl. Phys.
108
,
053516
(
2010
).
16.
G. K.
Dalapati
,
C. K.
Chia
,
C. C.
Tan
,
H. R.
Tan
,
S. Y.
Chiam
,
J. R.
Dong
,
A.
Das
,
S.
Chattopadhyay
,
C.
Mahata
,
C. K.
Maiti
, and
D. Z.
Chi
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
5
,
949
(
2013
).
17.
G. K.
Dalapati
,
Y.
Tong
,
W. Y.
Loh
,
H. K.
Mun
, and
B. J.
Cho
,
IEEE Trans. Electron Devices
54
,
1831
(
2007
).
18.
C.
Weiland
,
P.
Lysaght
,
J.
Price
,
J.
Huang
, and
J. C.
Woicik
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
061602
(
2012
).
19.
Y. S.
Kang
,
D. K.
Kim
,
K. S.
Jeong
,
M. H.
Cho
,
C. Y.
Kim
,
K. B.
Chung
,
H.
Kim
, and
D. C.
Kim
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
5
,
1982
(
2013
).
20.
R. D.
Long
,
E.
O'Connor
,
S. B.
Newcomb
,
S.
Monaghan
,
K.
Cherkaoui
,
P.
Casey
,
G.
Hughes
,
K. K.
Thomas
,
F.
Chalvet
,
I. M.
Povey
,
M. E.
Pemble
, and
P. K.
Hurley
,
J. Appl. Phys.
106
,
084508
(
2009
).
21.
R. M.
Wallace
, in
Physics and Technology of High-K Gate Dielectrics 6
, edited by
S.
Kar
,
D.
Landheer
,
M.
Houssa
,
D.
Misra
,
S.
VanElshocht
, and
H.
Iwai
(
Electrochemical Society Inc
,
Pennington
,
2008
), Vol.
16
, p.
255
.
22.
H. H.
Brongersma
,
M.
Draxler
,
M.
de Ridder
, and
P.
Bauer
,
Surf. Sci. Rep.
62
,
63
(
2007
).
23.
E.
Taglauer
and
W.
Heiland
,
Appl. Phys.
9
,
261
(
1976
).
24.
S.
Tanuma
,
T.
Shiratori
,
T.
Kimura
,
K.
Goto
,
S.
Ichimura
, and
C. J.
Powell
,
Surf. Interface Anal.
37
,
833
(
2005
).
25.
C. L.
Hinkle
,
M.
Milojevic
,
E. M.
Vogel
, and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
95
,
151905
(
2009
).
26.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4860960 for details of reduction in interface layer using attenuated total reflectance infrared spectroscopy and multi-frequency capacitance-voltage analysis of HfO2/In0.53Ga0.47As gate stacks.
27.
M.
Kobayashi
,
P. T.
Chen
,
Y.
Sun
,
N.
Goel
,
P.
Majhi
,
M.
Garner
,
W.
Tsai
,
P.
Pianetta
, and
Y.
Nishi
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
182103
(
2008
).
28.
R.
Suri
,
D. J.
Lichtenwalner
, and
V.
Misra
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
112905
(
2010
).
29.
A.
Guillen-Cervantes
,
Z.
Rivera-Alvarez
,
M.
Lopez-Lopez
,
E.
Lopez-Luna
, and
I.
Hernandez-Calderon
,
Thin Solid Films
373
,
159
(
2000
).
30.
K.
Tone
,
M.
Yamada
,
Y.
Ide
, and
Y.
Katayama
,
Jpn. J. Appl. Phys. Part 2
31
,
L721
(
1992
).
31.
Y. H.
Chang
,
C. A.
Lin
,
Y. T.
Liu
,
T. H.
Chiang
,
H. Y.
Lin
,
M. L.
Huang
,
T. D.
Lin
,
T. W.
Pi
,
J.
Kwo
, and
M.
Hong
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
172104
(
2012
).
32.
S.
Guha
and
V.
Narayanan
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
196101
(
2007
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.