The electrical and chemical properties of ultrathin HfON and HfSiON gate dielectrics are investigated as a function of physical thickness. Grazing incidence x-ray diffraction was used to detect phase separation and crystallization of 1.5, 2.0, 2.5, and 4.0nm films of HfON and HfSiON after a 1000°C-10s activation annealing. X-ray photoelectron spectroscopy was used to determine the chemical composition of the dielectrics. No evidence of crystallization was detected in 1.5nm HfON or HfSiON films after the activation annealing. The HfON film showed crystallization at a 2.0nm thickness whereas the 2.0nm HfSiON film remained amorphous.

1.
M. R.
Visokay
,
J. J.
Chambers
,
A. L. P.
Rotondaro
,
A.
Shanware
, and
L.
Colombo
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
3183
(
2002
).
2.
S. B.
Samavedam
,
H. H.
Tseng
,
P. J.
Tobin
,
J.
Mogab
,
S.
Dakshina-Murthy
,
L. B.
La
,
J.
Smith
,
J.
Schaeffer
,
M.
Zavala
,
R.
Martin
,
B.-Y.
Nguyen
,
L.
Hebert
,
O.
Adetutu
,
V.
Dhandapani
,
T.-Y.
Luo
,
R.
Garcia
,
P.
Abramowitz
,
M.
Moosa
,
D. C.
Gilmer
,
C.
Hobbs
,
W. J.
Taylor
,
J. M.
Grant
,
R.
Hegde
,
S.
Bagchi
,
E.
Luckowski
,
V.
Arunachalam
, and
M.
Azrak
,
Tech. Dig. VLSI Symp.
,
24
(
2002
).
3.
G.
Pant
,
P.
Punchaipetch
,
M. J.
Kim
,
R. M.
Wallace
, and
B. E.
Gnade
,
Thin Solid Films
460
,
242
(
2004
).
4.
G. D.
Wilk
,
R. M.
Wallace
, and
J. M.
Anthony
,
J. Appl. Phys.
89
,
5243
(
2001
).
5.
S. J.
Lee
,
H. F.
Luan
,
W. P.
Bai
,
C. H.
Lee
,
T. S.
Jeon
,
Y.
Senzaki
,
D.
Roberts
, and
D. L.
Kwong
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2000
,
31
.
6.
K.
Kukli
,
M.
Ritala
,
J.
Sundqvist
,
J.
Aarik
,
J.
Lu
,
T.
Sajavaara
,
M.
Leskelä
, and
A.
Hårsta
,
J. Appl. Phys.
92
,
5698
(
2002
).
7.
C. H.
Choi
,
S. J.
Rhee
,
T. S.
Jeon
,
N.
Lu
,
J. H.
Sim
,
R.
Clark
,
M.
Niwa
, and
D. L.
Kwong
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2000
,
857
.
8.
M. A.
Quevedo-Lopez
,
M. R.
Visokay
,
J. J.
Chambers
,
M. J.
Bevan
,
A.
LiFatou
,
L.
Colombo
,
M. J.
Kim
,
B. E.
Gnade
, and
R. M.
Wallace
,
J. Appl. Phys.
97
,
0435308
(
2005
).
9.
P.
Sivasubramani
,
M. J.
Kim
,
B. E.
Gnade
,
R. M.
Wallace
,
L. F.
Edge
,
D. G.
Schlom
,
H. S.
Craft
, and
J.-P.
Maria
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
201901
(
2005
).
10.
H.
Kim
,
A.
Marshall
,
P. C.
McIntyre
, and
K.
Saraswat
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
2064
(
2004
).
11.
B.-H.
Lee
,
L.
Kang
,
R.
Neih
,
W.
Qi
, and
J. C.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1926
(
2000
).
12.
C. D.
Young
,
P.
Zeitzoff
,
G. A.
Brown
,
G.
Bersuker
,
B.-H.
Lee
, and
J. R.
Hauser
,
IEEE Electron Device Lett.
26
,
586
(
2005
).
13.
M. A.
Quevedo-Lopez
,
S. A.
Krishnan
,
P. D.
Kirsch
,
G.
Pant
,
B. E.
Gnade
,
M. J.
Kim
, and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
262902
(
2005
).
14.
P. D.
Kirsch
,
J. H.
Sim
,
S. C.
Song
,
S.
Krishnan
,
J.
Peterson
,
H.-J.
Li
,
M. A.
Quevedo-Lopez
,
C. D.
Young
,
R.
Choi
,
N.
Moumen
,
P.
Majhi
,
Q.
Wang
,
J. G.
Ekerdt
,
G.
Bersuker
, and
B.-H.
Lee
,
Proc. 35th European Solid-State Circuits Conference, 12–16 September 2005
, p. 367 (
IEEE
,
Piscataway
,
2005
).
15.
J. J.
Peterson
,
C. D.
Young
,
J.
Barnett
,
S.
Gopalan
,
N.
Moumen
,
B.-H.
Lee
,
G.
Bersuker
,
G. A.
Brown
,
P. M.
Zeitzoff
,
M. I.
Gardner
,
R. M.
Murto
, and
H. R.
Huff
,
Electrochem. Solid-State Lett.
7
,
164
(
2004
).
16.
Y.
Senzaki
,
S.
Park
,
H.
Chatham
,
L.
Bartholomew
, and
W.
Nieveen
,
J. Vac. Sci. Technol. A
22
,
1175
(
2004
).
17.
R.
Puthenkovilakam
,
Y. S.
Lin
,
J.
Choi
,
J.
Lu
,
H.-O.
Blom
,
P.
Pianetta
,
D.
Devine
,
M.
Sendler
, and
J. P.
Chang
,
J. Appl. Phys.
97
,
0237041
(
2005
).
18.
N.
Terasawa
,
K.
Akimoto
,
Y.
Mizuno
,
A.
Ichimiya
,
K.
Sumitani
,
T.
Takahashi
,
X. W.
Zhang
,
H.
Sugiyama
,
H.
Kawata
,
T.
Nabatame
, and
A.
Toriumi
,
Appl. Surf. Sci.
244
,
16
(
2005
).
19.
G.
He
,
M.
Liu
,
L. Q.
Zhu
,
M.
Chang
,
Q.
Fang
, and
L. D.
Zhang
,
Surf. Sci.
276
,
67
(
2005
).
20.
M. A.
Quevedo-Lopez
,
S. A.
Krishnan
,
P. D.
Kirsch
,
H. J.
Li
,
J. H.
Sim
,
C.
Huffman
,
J. J.
Peterson
,
B. H.
Lee
,
G.
Pant
,
B. E.
Gnade
,
M. J.
Kim
,
R. M.
Wallace
,
D.
Guo
,
H.
Bu
, and
T. P.
Ma
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2005
,
431
.
21.
G.
Pant
,
A
Gnade
,
M. J.
Kim
,
R. M.
Wallace
,
B. E.
Gnade
,
M. A.
Quevedo-Lopez
, and
P. D.
Kirsch
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
032901
(
2006
).
22.
H. Y.
Yu
,
H. F.
Lim
,
J. H.
Chen
,
M. F.
Li
,
C.
Zhu
,
C. H.
Tung
,
A. Y.
Du
,
W. D.
Wang
,
D. Z.
Chi
, and
D.-L.
Kwong
,
IEEE Electron Device Lett.
24
,
230
(
2003
).
23.
D.
Triyoso
,
R.
Liu
,
D.
Roan
,
M.
Ramon
,
N. V.
Edwards
,
R.
Gregory
,
D.
Werho
,
J.
Kulik
,
G.
Tam
,
E.
Irwin
,
X.-D.
Wang
,
L. B.
La
,
C.
Hobbs
,
R.
Garcia
,
J.
Baker
,
B. E.
White
, Jr.
, and
P.
Tobina
,
J. Electrochem. Soc.
151
,
F220
(
2004
).
24.
Jang-Hyuk
Hong
,
Tae-Hyoung
Moon
, and
Jae-Min
Myoung
,
Microelectron. Eng.
75
,
63
(
2004
).
25.
K. N.
Andersena
,
W. E.
Svendsen
,
T.
Stimpel-Lindner
,
T.
Sulima
, and
H.
Baumgartner
,
Appl. Surf. Sci.
243
,
401
(
2005
).
27.
G.
Shang
,
P. W.
Peacock
, and
J.
Robertson
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
106
(
2004
).
28.
J. L.
Gavartin
,
A. L.
Shluger
,
A. S.
Foster
, and
G. I.
Bersuker
,
J. Appl. Phys.
97
,
053704
(
2005
).
You do not currently have access to this content.