The characteristics of ZrO2 gate dielectric along with the interfacial layer on O2- and N2O-plasma treated partially strain-compensated Si0.69Ge0.3C0.01Si heterostructures have been investigated using spectroscopic and electrical measurements. Time-of-flight secondary ion mass spectroscopy and x-ray photoelectron spectroscopy analyses show the formation of an oxygen or nitrogen rich Zr-germanosilicate interfacial layer between the deposited ZrO2 and SiGeC films. The electrical and charge trapping properties under a constant current stressing have been studied using a metal-oxide-semiconductor structure. The N2O-plasma treated SiGeC film has a higher effective dielectric constant (k14) than that of the O2-plasma treated (k12) films. The equivalent areal densities of charge defects, Neq(cm2), are found to be 1.8×1012 and 6×1011cm2 for O2- and N2O-plasma treated films, respectively. Considerably less trapped charges in the N2O-treated gate dielectric stack under constant current stressing make it highly attractive for SiGeC based scaled metal-oxide-semiconductor device applications.

1.
E. J.
Quinones
,
S.
John
,
S. K.
Ray
, and
S. K.
Banerjee
,
IEEE Trans. Electron Devices
47
,
1715
(
2000
).
2.
M.
Yang
,
C.-L.
Chang
,
M.
Carroll
, and
J. C.
Sturm
,
IEEE Electron Device Lett.
20
,
301
(
1999
).
3.
H. J.
Osten
,
D.
Knoll
,
B.
Heinemann
, and
P.
Schley
,
IEEE Trans. Electron Devices
46
,
1910
(
1999
).
4.
S. K.
Ray
,
L. K.
Bera
,
C. K.
Maiti
,
S.
John
, and
S. K.
Banerjee
,
Thin Solid Films
332
,
375
(
1998
).
5.
W. J.
Qi
,
R.
Nieh
,
B. H.
Lee
,
L.
Kang
,
Y.
Jeon
,
K.
Onish
,
T.
Ngai
,
S. K.
Banerjee
, and
J. C.
Lee
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
1999
,
145
.
6.
C. H.
Lee
,
H. F.
Luan
,
W. P.
Bai
,
T. S.
Jeon
,
Y.
Senzaki
,
D.
Roberts
, and
D. L.
Kwong
,
Tech. Dig. - Int. Electron Devices Meet.
2000
,
27
.
7.
P.
Srinivasan
,
E.
Simoen
,
L.
Pantisano
,
C.
Claeys
, and
D.
Misra
,
Microelectron. Eng.
80
,
226
(
2005
).
8.
R. M.
Wallace
and
G.
Wilk
,
MRS Bull.
27
,
192
(
2002
).
9.
R.
Mahapatra
 et al.,
Appl. Phys. Lett.
82
,
2320
(
2003
).
10.
B. W.
Busch
,
O.
Pluchery
,
Y. J.
Chabal
,
D. A.
Muller
,
R. L.
Opila
,
J. R.
Kwo
, and
E.
Garfunkel
,
MRS Bull.
27
,
206
(
2002
).
11.
V.
Misra
,
G.
Lucovsky
, and
G.
Parsons
,
MRS Bull.
27
,
212
(
2002
).
12.
S.
Guha
,
E.
Gusev
,
M.
Copel
,
L.-A
Ragnarsson
, and
D. A.
Buchanan
,
MRS Bull.
27
,
226
(
2002
).
13.
J. H.
Lee
,
S.
Maikap
,
D. Y.
Kim
,
R.
Mahapatra
,
S. K.
Ray
,
Y. S.
No
, and
W. K.
Choi
,
Appl. Phys. Lett.
83
,
779
(
2003
).
14.
S.
Kamiyama
,
T.
Miura
, and
Y.
Nara
,
J. Electrochem. Soc.
152
,
G903
(
2005
).
15.
Y. S.
Lai
,
C. H.
Lu
,
L. M.
Chen
, and
J. S.
Chen
,
J. Electrochem. Soc.
152
,
F146
(
2005
).
16.
R.
Nieh
,
R.
Choi
,
S.
Gopalan
,
K.
Onishi
,
C. S.
Kang
,
H. J.
Cho
,
S.
Krishnan
, and
J. C.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
1663
(
2002
).
17.
S. K.
Ray
,
C. K.
Maiti
,
S. K.
Lahiri
, and
N. B.
Chakraborti
,
J. Vac. Sci. Technol. B
10
,
1139
(
1992
).
18.
M.
Gutowski
,
J. E.
Jaffe
,
C.-L.
Liu
,
M.
Stoker
,
R. I.
Hegde
,
R. S.
Rai
, and
P. J.
Tobin
,
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
716
,
B3
2
(
2002
).
19.
J. S.
Kim
,
H. A.
Marzouk
, and
P. J.
Reucroft
,
Thin Solid Films
254
,
33
(
1995
).
20.
T.
Yamaguchi
,
H.
Sarake
,
N.
Fukushima
, and
A.
Toriumi
,
Appl. Phys. Lett.
80
,
1987
(
2002
).
21.
O.
Renault
,
D.
Samour
,
J. F.
Damlencourt
,
D.
Blin
,
F.
Martin
,
S.
Marthon
,
N. T.
Barrett
, and
P.
Besson
,
Appl. Phys. Lett.
81
,
3627
(
2002
).
22.
M.
Passacantando
,
F.
Jolly
,
L.
Lozzi
,
V.
Salerni
,
P.
Picozzi
,
S.
Santucci
,
C.
Corsi
, and
D.
Zintu
,
J. Non-Cryst. Solids
322
,
225
(
2003
).
23.
A. Y.
Mao
,
K.-A.
Son
,
D. A.
Hess
,
L. A.
Brown
,
J. M.
White
,
D. L.
Kwong
,
D. A.
Roberts
, and
R. N.
Vrtis
,
Thin Solid Films
349
,
230
(
1999
).
24.
P.-J.
Tzeng
,
S.
Maikap
,
P.-S.
Chen
,
Y.-W.
Chou
,
C.-S.
Liang
, and
L. S.
Lee
,
IEEE Trans. Device Mater. Reliab.
5
,
168
(
2005
).
25.
P. D.
Kirsch
,
C. S.
Kang
,
J.
Lozano
,
J. C.
Lee
, and
J. G.
Ekerdt
,
J. Appl. Phys.
91
,
4353
(
2002
).
26.
M. J.
Guittet
,
J. P.
Crocombette
, and
M.
Gautier-Soyer
,
Phys. Rev. B
63
,
125117
(
2001
).
27.
S.
Maikap
,
S. K.
Ray
,
S. K.
Banerjee
, and
C. K.
Maiti
,
Semicond. Sci. Technol.
16
,
160
(
2001
).
28.
H.
Ishii
,
A.
Nakajima
, and
S.
Yokoyama
,
J. Appl. Phys.
95
,
536
(
2004
).
29.
K. Y.
Lim
,
D. G.
Park
,
H. J.
Cho
,
J. J.
Kim
,
J. M.
Yang
,
II-S.
Choi
,
I. S.
Yeo
, and
J. W.
Park
,
J. Appl. Phys.
91
,
414
(
2002
).
30.
C. G.
Ahn
,
H. S.
Kang
,
Y. K.
Kwon
,
S. M.
Lee
,
B. R.
Ryum
, and
B. K.
Kang
,
J. Appl. Phys.
86
,
1542
(
1999
).
31.
M. K.
Mazumder
,
A.
Teramoto
,
J.
Komori
,
M.
Sekine
,
S.
Kawazu
, and
Y.
Mashiko
,
IEEE Trans. Electron Devices
46
,
1121
(
1999
).
32.
H.
Kang
,
Y.
Roh
,
G.
Bae
,
D.
Jung
, and
C. W.
Yang
,
J. Vac. Sci. Technol. B
20
,
1360
(
2002
).
You do not currently have access to this content.