Effects of Gd capping of HfSiON gate dielectric on the characteristics of n metal-oxide-semiconductor field effect transistor (nMOSFET) with TaC gate electrode were investigated. MOSFETs with an in situ deposited Gd/TaC bilayer demonstrated a reduced equivalent oxide thickness, 0.9 nm, and low , 0.25 V, compared with MOSFETs without Gd capping layer. Backside secondary ion mass spectroscopy revealed that Gd atoms were diffused into the high-k gate dielectric and interfacial layer between high-k dielectric and Si substrate. The dipole moment at the high- interface due to Hf–O and RE–O bonds is used to explain the change.
REFERENCES
1.
S.
Natarajan
, M.
Armstrong
, M.
Bost
, R.
Brain
, M.
Brazier
, C. -H.
Chang
, V.
Chikarmane
, M.
Childs
, H.
Deshpande
, K.
Dev
, G.
Ding
, T.
Ghani
, O.
Golonzka
, W.
Han
, J.
He
, R.
Heussner
, R.
James
, I.
Jin
, C.
Kenyon
, S.
Klopcic
, S. -H.
Lee
, M.
Liu
, S.
Lodha
, B.
McFadden
, A.
Murthy
, L.
Neiberg
, J.
Neirynck
, P.
Packan
, S.
Pae
, C.
Parker
, C.
Pelto
, L.
Pipes
, J.
Sebastian
, J.
Seiple
, B.
Sell
, S.
Sivakumar
, B.
Song
, K.
Tone
, T.
Troeger
, C.
Weber
, M.
Yang
, A.
Yeoh
, and K.
Zhang
, Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet
2008
, 941
.2.
G. D.
Wilk
, R. M.
Wallace
, and J. M.
Anthony
, J. Appl. Phys.
89
, 5243
(2001
).3.
Z.
Xu
, M.
Houssa
, S.
De Gendt
, and M.
Heyns
, Appl. Phys. Lett.
80
, 1975
(2002
).4.
Q.
Lu
, Y. C.
Yeo
, P.
Ranade
, H.
Takeuchi
, T-J.
King
, C.
Hu
, S. C.
Song
, H. F.
Luan
, and D-L.
Kwong
, Dig. Tech. Pap. - Symp. VLSI Technol.
2000
, 72
.5.
H. N.
Alshareef
, H. F.
Luan
, K.
Choi
, H. R.
Harris
, H. -C.
Wen
, M. A.
Quevedo-Lopez
, P.
Majhi
, and B. H.
Lee
, Appl. Phys. Lett.
88
, 112114
(2006
).6.
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
, Dig. Tech. Pap. - Symp. VLSI Technol.
2006
, 224
.7.
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
).8.
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
Dig. Tech. Pap. - Symp. VLSI Technol.
2007
, 18
.9.
P. D.
Kirsch
, P.
Sivasubramani
, J.
Huang
, C. D.
Young
, M. A.
Quevedo-Lopez
, H. C.
Wen
, H.
Alshareef
, K.
Choi
, C. S.
Park
, K.
Freeman
, M. M.
Hussain
, G.
Bersuker
, H. R.
Harris
, P.
Majhi
, R.
Choi
, P.
Lysaght
, B. H.
Lee
, H. -H.
Tseng
, R.
Jammy
, T. S.
Böscke
, D. J.
Lichtenwalner
, J. S.
Jur
, and A. I.
Kingon
, Appl. Phys. Lett.
92
, 092901
(2008
).10.
G. A.
Brown
, G.
Smith
, J.
Saulters
, K.
Matthews
, H. -C.
Wen
, P.
Majhi
, and B. H.
Lee
, Proceedings of the 35th IEEE Semiconductor Interface Specialists Conference
, 2004
(unpublished), p. 1
.11.
J. R.
Hauser
and K.
Ahmed
, Characterization and Metrology for ULSI Technology
(AIP
, New York
, 1998
), p. 235
.12.
C. D.
Young
, Y.
Zhao
, M.
Pendley
, B. H.
Lee
, K.
Matthews
, J. H.
Sim
, R.
Choi
, G. A.
Brown
, R. W.
Murto
, and G.
Bersuker
, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
44
, 2437
(2005
).13.
C.
Choi
, C. -Y.
Kang
, S. J.
Rhee
, M. S.
Akbar
, S. A.
Krishnan
, M.
Zhang
, H. -S.
Kim
, T.
Lee
, I.
Ok
, F.
Zhu
, and J. C.
Lee
, IEEE Electron Device Lett.
26
, 454
(2005
).14.
N. A.
Chowdhury
, D.
Misra
, G.
Bersuker
, C.
Young
, and R.
Choi
, J. Electrochem. Soc.
154
, G298
(2007
).15.
H.
Park
, M. S.
Rahman
, M.
Chang
, B. H.
Lee
, R.
Choi
, C. D.
Young
, and H.
Hwang
, IEEE Electron Device Lett.
26
, 725
(2005
).© 2009 American Institute of Physics.
2009
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.