In this work, we fabricated n-In0.53Ga0.47As metal-oxide-semiconductor capacitors (MOSCAPs) with a metal-oxide-semiconductor (MOS) interface of Y2O3/In0.53Ga0.47As. We investigated interfacial properties of the gate stack through the H2 ambient annealing process in MOSCAPs. We obtained an extremely low interface trap density of Dit = 1.8 × 1011 cm−2 eV−1. We compared the H2 annealing effect in different gate electrode materials of Ni and Pt. We determined that the Pt electrode was effective in maximizing the impact of H2 annealing. Also, we fabricated In0.53Ga0.47As-on-insulator MOS field-effect-transistors using an optimized annealing process, which showed more stable electrical characteristics than devices through the N2 ambient annealing process.
References
1.
C. B.
Zota
, F.
Lindelow
, L.-E.
Wernersson
, and E.
Lind
, IEDM Tech. Dig
., p. 55
(2016
).2.
S. B.
Desai
, S. R.
Madhvapathy
, A. B.
Sachid
, J. P.
Llinas
, Q.
Wang
, G. H.
Ahn
, G.
Pitner
, M. J.
Kim
, J.
Bokor
, C.
Hu
, H.-S. P.
Wong
, and A.
Javey
, Science
354
, 99
(2016
).3.
L.
Liao
, Y.-C.
Lin
, M.
Bao
, R.
Cheng
, J.
Bai
, Y.
Liu
, Y.
Qu
, K. L.
Wang
, Y.
Huang
, and X.
Duan
, Nature
467
, 305
(2010
).4.
C.
Qiu
, Z.
Zhang
, M.
Xiao
, Y.
Yang
, D.
Zhong
, and L.-M.
Peng
, Science
355
, 271
(2017
).5.
S.-H.
Kim
, S.-K.
Kim
, J.-P.
Shim
, D.-M.
Geum
, G.
Ju
, H.-S.
Kim
, H.-J.
Lim
, H.-R.
Lim
, J.-H.
Han
, S.
Lee
, H.-S.
Kim
, P.
Bidenko
, C.-M.
Kang
, D.-S.
Lee
, J.-D.
Song
, W. J.
Choi
, and H.-J.
Kim
, IEEE J. Electron Devices Soc.
6
, 579
(2018
).6.
S.
Kim
, J.-H.
Han
, W. J.
Choi
, J. D.
Song
, and H.-J.
Kim
, J. Korean Phys. Soc.
74
, 82
(2019
).7.
V.
Chobpattana
, J.
Son
, J. J. M.
Law
, R.
Engel-Herbert
, C.-Y.
Huang
, and S.
Stemmer
, Appl. Phys. Lett.
102
, 022907
(2013
).8.
N.
Waldron
, S.
Sioncke
, J.
Franco
, L.
Nyns
, A.
Vais
, X.
Zhou
, H. C.
Lin
, G.
Boccardi
, J. W.
Maes
, Q.
Xie
, M.
Givens
, F.
Tang
, X.
Jiang
, E.
Chiu
, A.
Opdebeeck
, C.
Merckling
, F.
Sebaai
, D.
van Dorp
, L.
Teugels
, A.
Sibaja-Hernandez
, K.
De Meyer
, K.
Barla
, N.
Collaert
, and A.
Thean
, IEDM Tech. Dig.
799
(2015
).9.
T.-W.
Kim
, D.-H.
Kim
, D. H.
Koh
, H. M.
Kwon
, R. H.
Baek
, D.
Veksler
, C.
Huffman
, K.
Matthews
, S.
Oktyabrsky
, A.
Greene
, Y.
Ohsawa
, A.
Ko
, H.
Nakajima
, M.
Takahashi
, T.
Nishizuka
, H.
Ohtake
, S. K.
Banerjee
, S. H.
Shin
, D.-H.
Ko
, C.
Kang
, D.
Gilmer
, R. J. W.
Hill
, W.
Maszara
, C.
Hobbs
, and P. D.
Kirsch
, in Proceedings of the IEDM Technical Digest
(2013
), p. 425
.10.
S. K.
Kim
, J.-P.
Shim
, D.-M.
Geum
, C. Z.
Kim
, H.-S.
Kim
, Y.-S.
Kim
, H.-K.
Kim
, J. D.
Song
, S.-J.
Choi
, D. H.
Kim
, W. J.
Choi
, H.-J.
Kim
, D. M.
Kim
, and S. H.
Kim
, in Proceedings of the IEEE International Electron Devices Meet
ing (2016
), p. 616
.11.
J. J.
Gu
, X. W.
Wang
, H.
Wu
, J.
Shao
, A. T.
Neal
, M. J.
Manfra
, R. G.
Gordon
, and P. D.
Ye
, IEDM Tech. Dig
., p. 633 (2012
).12.
R.
Suzuki
, N.
Taoka
, M.
Yokoyama
, S.
Lee
, S. H.
Kim
, T.
Hoshii
, T.
Yasuda
, W.
Jevasuwan
, T.
Maeda
, O.
Ichikawa
, N.
Fukuhara
, M.
Hata
, M.
Takenaka
, and S.
Takagi
, Appl. Phys. Lett.
100
, 132906
(2012
).13.
S. K.
Kim
, D.-M.
Geum
, J.-P.
Shim
, C. Z.
Kim
, H.-J.
Kim
, J. D.
Song
, W. J.
Choi
, S.-J.
Choi
, D. H.
Kim
, S.
Kim
, and D. M.
Kim
, Appl. Phys. Lett.
110
, 043501
(2017
).14.
S. H.
Kim
, D.-M.
Geum
, M.-S.
Park
, and W. J.
Choi
, IEEE Electron Device Lett.
36
, 451
(2015
).15.
T.-W.
Kim
, H.-M.
Kwon
, S. H.
Shin
, C.-S.
Shin
, W.-K.
Park
, E.
Chiu
, M.
Rivera
, J. I.
Lew
, D.
Veksler
, T.
Orzali
, and D.-H.
Kim
, IEEE Electron Device Lett.
36
, 672
(2015
).16.
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
).17.
Y.-C.
Fu
, U.
Peralagu
, D. A. J.
Millar
, J.
Lin
, I.
Povey
, X.
Li
, S.
Monaghan
, R.
Droopad
, P. K.
Hurley
, and I. G.
Thayne
, Appl. Phys. Lett.
110
, 142905
(2017
).18.
J.
Hu
and H.-S. P.
Wong
, J. Appl. Phys.
111
, 044105
(2012
).19.
N.
Taoka
, M.
Yokoyama
, S. H.
Kim
, R.
Suzuki
, R.
Iida
, S.
Lee
, T.
Hoshii
, W.
Jevasuwan
, T.
Maeda
, T.
Yasuda
, O.
Ichikawa
, N.
Fukuhara
, M.
Hata
, M.
Takenaka
, and S.
Takagi
, IEDM Tech. Dig
., p. 610 (2011
).20.
D. K.
Schroder
, Semiconductor Material and Device Characterization
(Wiley-IEEE Press
, 2006
), p. 347
.21.
M.-F.
Li
, G.
Jiao
, Y.
Hu
, Y.
Xuan
, D.
Huang
, and P. D.
Ye
, IEEE Trans. Device Mater. Reliab.
13
, 515
(2013
).22.
W. C.
Kao
, A.
Ali
, E.
Hwang
, S.
Mookerjea
, and S.
Datta
, Solid-State Electron.
54
, 1665
–1668
(2010
).23.
A.
Vais
, A.
Alian
, L.
Nyns
, J.
Franco
, S.
Sioncke
, V.
Putcha
, H.
Yu
, Y.
Mols
, R.
Rooyackers
, D.
in
, J. W.
Maes
, Q.
Xie
, M.
Givens
, F.
Tang
, X.
Jiang
, A.
Mocuta
, N.
Collaert
, K.
De Meyer
, and A.
Thean
, in Proceedings of the VLSI Symposium
(2016
).24.
M.
Kuhn
, Solid-State Electron.
13
, 873
(1970
).25.
L.
Giorgi
, A.
Pozio
, C.
Bracchini
, R.
Giorgi
, and S.
Turtu
, J. Appl. Electrochem.
31
, 325
(2001
).26.
J. J. T. T.
Vermeijlen
, L. J. J.
Janssen
, and G. J.
Visser
, J. Appl. Electrochem.
27
, 497
(1997
).27.
C. M.
Zalitis
, D.
Kramerw
, and A. R.
Kucernak
, Phys. Chem. Chem. Phys.
15
, 4329
(2013
).28.
M.
Osawa
, Electrocatalytic Reactions on Platinum Electrodes Studied by Dynamic Surface-Enhanced Infrared Absorption Spectroscopy (SEIRAS)
(Elsevier B. V
., 2007
), p. 209
.29.
S. K.
Kim
, J.-P.
Shim
, D.-M.
Geum
, J.
Kim
, C. Z.
Kim
, H.-S.
Kim
, J. D.
Song
, S.-J.
Choi
, D. H.
Kim
, W. J.
Choi
, H.-J.
Kim
, D. M.
Kim
, and S.
Kim
, IEEE Trans. Electron Devices
65
, 1862
(2018
).30.
C.-Y.
Chang
, C.
Yokoyama
, M.
Takenaka
, and S.
Takagi
, IEEE Trans. Electron Devices
64
, 2519
(2017
).31.
N.
Taoka
, M.
Yokoyama
, S. H.
Kim
, R.
Suzuki
, S.
Lee
, R.
Iida
, T.
Hoshii
, W.
Jevasuwan
, T.
Maeda
, T.
Yasuda
, O.
Ichikawa
, N.
Fukuhara
, M.
Hata
, M.
Takenaka
, and S.
Takagi
, IEEE Trans. Device Mater. Reliab.
13
, 456 (2013
).32.
N.
Taoka
, M.
Yokoyama
, S. H.
Kim
, R.
Suzuki
, R.
Iida
, M.
Takenaka
, and S.
Takagi
, Appl. Phys. Exp.
9
, 111202
(2016
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
