An interface dipole model explaining threshold voltage (Vt) tuning in HfSiON gated n-channel field effect transistors (nFETs) is proposed. Vt tuning depends on rare earth (RE) type and diffusion in SiSiOxHfSiONREOx/metal gated nFETs as follows: Sr<Er<Sc+Er<La<Sc<none. This Vt ordering is very similar to the trends in dopant electronegativity (EN) (dipole charge transfer) and ionic radius (r) (dipole separation) expected for a interfacial dipole mechanism. The resulting Vt dependence on RE dopant allows distinction between a dipole model (dependent on EN and r) and an oxygen vacancy model (dependent on valence).

1.
G.
Timp
,
G.
Timp
,
K. K.
Bourdelle
,
J. F.
Bower
,
F. H.
Baumann
,
T.
Boone
,
R.
Cirelli
,
K.
Evens-Lutterodt
,
J.
Garno
,
A.
Ghetti
,
H.
Grossmann
,
M.
Green
,
D.
Jacobson
,
Y.
Kim
,
R.
Kleiman
,
F.
Klemens
,
A.
Kornbilt
,
C.
Lochstampfor
,
W.
Mansfield
,
S.
Moccio
,
D. A.
Muller
,
L. E.
Ocola
,
M. L.
O’Mally
,
J.
Rosamilia
,
J.
Sapjeta
,
P.
Silverman
,
T.
Sorsch
,
D. M.
Tennant
,
W.
Timp
, and
B. F.
Weir
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
1998
,
615
.
2.
P.
Bai
,
C.
Auth
,
S.
Balakrishnan
,
M.
Bost
,
R.
Brain
,
V.
Chikarmane
,
R.
Heussner
,
M.
Hussein
,
J.
Hwang
,
D.
Ingerly
,
R.
James
,
J.
Jeong
,
C.
Kenyon
,
E.
Lee
,
S. H.
Lee
,
N.
Lindert
,
M.
Liu
,
Z.
Ma
,
T.
Marieb
,
A.
Murthy
,
R.
Nagisetty
,
S.
Natarajan
,
J.
Neirynck
,
A.
Ott
,
C.
Parker
,
J.
Sebastian
,
R.
Shaheed
,
S.
Sivakumar
,
J.
Steigerwald
,
S.
Tyagi
,
C.
Weber
,
B.
Woolery
,
A.
Yeoh
,
K.
Zhang
, and
M.
Bohr
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2004
,
657
.
3.
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
).
4.
P. D.
Kirsch
,
M. A.
Quevedo-Lopez
,
S. A.
Krishnan
,
B. H.
Lee
,
G.
Pant
,
M. J.
Kim
,
R. M.
Wallace
, and
B. E.
Gnade
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
1
(
2006
).
5.
P. D.
Kirsch
,
M. A.
Quevedo-Lopez
,
S. A.
Krishnan
,
C.
Krug
,
H.
AlShareef
,
C. S.
Park
,
R.
Harris
,
N.
Moumen
,
A.
Neugroschel
,
G.
Bersuker
,
B. H.
Lee
,
J. G.
Wang
,
G.
Pant
,
B. E.
Gnade
,
M. J.
Kim
,
R. M.
Wallace
,
J. S.
Jur
,
D. J.
Lichtenwalner
,
A. I.
Kingon
, and
R.
Jammy
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2006
,
629
.
6.
H. R.
Harris
,
P.
Kalra
,
P.
Majhi
,
M.
Hussain
,
D.
Kelly
,
J.
Oh
,
D.
Heh
,
C.
Smith
,
J.
Barnett
,
P. D.
Kirsch
,
G.
Gebara
,
J.
Jur
,
D.
Lichtenwalner
,
A.
Lubow
,
T. P.
Ma
,
G.
Sung
,
S.
Thompson
,
B. H.
Lee
,
H.-H.
Tseng
, and
R.
Jammy
,
Tech. Dig. VLSI Symp.
2007
,
154
.
7.
V.
Narayanan
,
V. K.
Paruchuri
,
N. A.
Bojarczuk
,
B. P.
Linder
,
B.
Doris
,
Y. H.
Kim
,
S.
Zafar
,
J.
Stathis
,
S.
Brown
,
J.
Arnold
,
M.
Copel
,
M.
Steen
,
E.
Cartier
,
A.
Callegari
,
P.
Jamison
,
J.-P.
Locquet
,
D. L.
Lacey
,
Y.
Wang
,
P. E.
Batson
,
P.
Ronsheim
,
R.
Jammy
,
M. P.
Chudzik
,
M.
Ieong
,
S.
Guha
,
G.
Shahidi
, and
T. C.
Chen
,
Tech. Dig. VLSI Symp.
2006
,
224
.
8.
H. N.
Alshareef
,
M.
Quevedo-Lopez
,
H. C.
Wen
,
R.
Harris
,
P.
Kirsch
,
P.
Majhi
,
B. H.
Lee
, and
R.
Jammy
,
Appl. Phys. Lett.
89
,
232103
(
2006
).
9.
H. Y.
Yu
,
S. Z.
Chang
,
A.
Veloso
,
A.
Lauwers
,
C.
Adelmann
,
B.
Onsia
,
S.
Van Elshocht
,
R.
Singanamalla
,
M.
Demand
,
R.
Vos
,
T.
Kauerauf
,
S.
Brus
,
X.
Shi
,
S.
Kubicek
,
C.
Vrancken
,
R.
Mitsuhashi
,
P.
Lehnen
,
J.
Kittl
,
M.
Niwa
,
K. M.
Yin
,
T.
Hoffmann
,
S.
Degendt
,
M.
Jurczak
,
P.
Absil
, and
S.
Biesemans
,
2007 Symp. On VLSI Tech. Dig. of Tech. Papers.
2007
,
18
.
10.
Y.
Yamamoto
,
K.
Kita
,
K.
Kyuno
, and
A.
Toriumi
,
Extended Abstracts of the Solid State Devices Meeting
,
2006
(unpublished), p.
212
.
11.
P. D.
Kirsch
,
M. A.
Quevedo-Lopez
,
H.-J.
Li
,
Y.
Senzaki
,
J. J.
Peterson
,
S. C.
Song
,
S. A.
Krishnan
,
N.
Moumen
,
J.
Barnett
,
G.
Bersuker
,
P. Y.
Hung
,
B. H.
Lee
,
T.
Lafford
,
Q.
Wang
,
D.
Gay
, and
J. G.
Ekerdt
,
J. Appl. Phys.
99
,
023508
(
2006
).
12.
M. A.
Quevedo-Lopez
,
J. J.
Chambers
,
M. R.
Visokay
,
A.
Shanware
, and
L.
Columbo
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
012902
(
2005
).
13.
H.
Ono
and
T.
Katsumata
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
1832
(
2001
).
14.
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
).
15.
16.
O.
Sharia
,
A. A.
Demkov
,
G.
Bersuker
, and
B. H.
Lee
,
Phys. Rev. B
75
,
035306
(
2007
).
17.
S.
Stemmer
,
Z.
Chen
,
C. G.
Levi
,
P. S.
Lysaght
,
B.
Foran
,
J. A.
Gisby
, and
J. R.
Taylor
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
42
,
3593
(
2003
).
18.
S.
Guha
,
E.
Cartier
,
N. A.
Bojarczuk
,
J.
Bruley
,
L.
Gignac
, and
J.
Karasinski
,
J. Appl. Phys.
90
,
512
(
2001
).
You do not currently have access to this content.