Rare earth (RE) doping (Gd, Er, Dy) of HfO2 reduces leakage current by three orders of magnitude compared with pure HfO2. The key to reducing HfO2 leakage current and equivalent oxide thickness (EOT) is stabilization of the higher permittivity tetragonal phase. RE doping of 1020at.% stabilizes tetragonal HfO2 and increases permittivity. The maximum permittivity achieved for HfREOx is 28. The maximum permittivity for ZrREO is 32. HfGdO metal-insulator-semiconductor capacitors with EOT=1.93nm and leakage current <1×108Acm2 after 1070°C have been demonstrated.

1.
M. A.
Quevedo-Lopez
,
S. A.
Krishnan
,
P. D.
Kirsch
,
G.
Pant
,
B. E.
Gnade
, and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
262902
(
2005
).
2.
T. S.
Böscke
,
S.
Govindarajan
,
C.
Fachmann
,
J.
Heitmann
,
A.
Avellán
,
U.
Schröder
,
S.
Kudelk
,
P. D.
Kirsch
,
C.
Krug
,
P. Y.
Hung
,
S. C.
Song
,
B. S.
Ju
,
J.
Price
,
G.
Pant
,
B. E.
Gnade
,
W.
Krautschneider
,
B.-H.
Lee
, and
R.
Jammy
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2006
,
255
.
3.
M.
Hiratani
,
S.
Saito
,
Y.
Shimamoto
, and
K.
Torii
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
41
,
4521
(
2002
).
4.
W.
Mueller
,
G.
Aichmayr
,
W.
Bergner
,
E.
Erben
,
T.
Hecht
,
C.
Kapteyn
,
A.
Kersch
,
S.
Kudelka
,
F.
Lau
,
J.
Luetzen
,
A.
Orth
,
J.
Nuetzel
,
T.
Schloesser
,
A.
Scholz
,
U.
Schroeder
,
A.
Sieck
,
A.
Spitzer
,
M.
Strasser
,
P.-F.
Wang
,
S.
Wege
, and
R.
Weis
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2005
,
347
.
5.
J.
Robertson
,
J. Vac. Sci. Technol. B
18
,
1785
(
2000
).
6.
X.
Zhao
and
D.
Vanderbilt
,
Phys. Rev. B
65
,
233106
(
2002
).
7.
K.
Tomida
,
K.
Kita
, and
A.
Toriumi
,
Extended Abstracts of the 2005 International Conference on Solid State Devices and Materials
, 2005, p.
232
.
8.
D. H.
Triyoso
,
R. I.
Hegde
,
J. K.
Schaeffer
,
R.
Gregory
,
X.-D.
Wang
,
M.
Canonico
,
D.
Roan
,
E. A.
Hebert
,
K.
Kim
,
J.
Jiang
,
R.
Rai
,
V.
Kaushik
, and
S. B.
Samavedam
,
J. Vac. Sci. Technol. B
25
,
845
(
2007
).
9.
R. I.
Hegde
,
D. H.
Triyoso
,
P. J.
Tobin
,
S.
Kalpat
,
M. E.
Ramon
,
H.-H.
Tseng
,
J. K.
Schaeffer
,
E.
Luckowski
,
W. J.
Taylor
,
C. C.
Capasso
,
D. C.
Gilmer
,
M.
Moosa
,
A.
Haggag
,
M.
Raymond
,
D.
Roan
,
J.
Nguyen
,
L. B.
La
,
E.
Hebert
,
R.
Cotton
,
X.-D.
Wang
,
S.
Zollner
,
R.
Gregory
,
D.
Werho
,
R. S.
Rai
,
L.
Fonseca
,
M.
Stoker
,
C.
Tracy
,
B. W.
Chan
,
Y. H.
Chiu
, and
B. E.
White
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2005
,
35
.
10.
J.
Wang
,
H. P.
Li
, and
R.
Stevens
,
J. Mater. Sci.
27
,
5397
(
1992
).
11.
H.
Ono
and
T.
Katsumata
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
13
(
2001
).
12.
S.
Jeon
and
H.
Hwang
,
J. Appl. Phys.
93
,
6393
(
2003
).
13.
P.
Li
,
I.-W.
Chen
, and
J. E.
Penner-Hahn
,
J. Am. Ceram. Soc.
77
,
118
(
1994
).
14.
P.
Sivasubramani
,
T. S.
Böscke
,
J.
Huang
,
C. D.
Young
,
P. D.
Kirsch
,
S. A.
Krishnan
,
M. A.
Quevedo-Lopez
,
S.
Govindarajan
,
B. S.
Ju
,
H. R.
Harris
,
D. J.
Lichtenwalner
,
J. S.
Jur
,
A. I.
Kingon
,
J.
Kim
,
B. E.
Gnade
,
R. M.
Wallace
,
G.
Bersuker
,
B. H.
Lee
, and
R.
Jammy
,
Tech. Dig. VLSI Symp.
2007
,
68
.
15.
S.
Jeon
,
K.
Im
,
H.
Yang
,
H.
Lee
,
H.
Sim
,
S.
Choi
,
T.
Jang
, and
H.
Hwang
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2001
,
471
.
16.
U.
Schroeder
,
Electrochem. Soc. Trans.
1
(
5
),
125
(
2006
).
17.
D. J.
Lichtenwalner
,
J. S.
Jur
,
A. I.
Kingon
,
M. P.
Agustin
,
Y.
Yang
,
S.
Stemmer
,
L. V.
Goncharova
,
T.
Gustafsson
, and
E.
Garfunkel
,
J. Appl. Phys.
98
,
024314
(
2005
).
18.
S.
Stemmer
,
J.-P.
Maria
, and
A. I.
Kingon
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
102
(
2001
).
You do not currently have access to this content.