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 VTH, 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-k/SiO2 interface due to Hf–O and RE–O bonds is used to explain the VTH change.

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
).
You do not currently have access to this content.