Many materials systems are currently under consideration as potential replacements for SiO2 as the gate dielectric material for sub-0.1 μm complementary metal–oxide–semiconductor (CMOS) technology. A systematic consideration of the required properties of gate dielectrics indicates that the key guidelines for selecting an alternative gate dielectric are (a) permittivity, band gap, and band alignment to silicon, (b) thermodynamic stability, (c) film morphology, (d) interface quality, (e) compatibility with the current or expected materials to be used in processing for CMOS devices, (f) process compatibility, and (g) reliability. Many dielectrics appear favorable in some of these areas, but very few materials are promising with respect to all of these guidelines. A review of current work and literature in the area of alternate gate dielectrics is given. Based on reported results and fundamental considerations, the pseudobinary materials systems offer large flexibility and show the most promise toward successful integration into the expected processing conditions for future CMOS technologies, especially due to their tendency to form at interfaces with Si (e.g. silicates). These pseudobinary systems also thereby enable the use of other high-κ materials by serving as an interfacial high-κ layer. While work is ongoing, much research is still required, as it is clear that any material which is to replace SiO2 as the gate dielectric faces a formidable challenge. The requirements for process integration compatibility are remarkably demanding, and any serious candidates will emerge only through continued, intensive investigation.

1.
T. Hori, Gate Dielectrics and MOS ULSIs (Springer, New York, 1997).
2.
R. H.
Dennard
,
F. H.
Gaensslen
,
H.-N.
Yu
,
V. L.
Rideout
,
E.
Bassous
, and
A. R.
LeBlanc
,
J. IEEE
SC–9
,
256
(
1974
).
3.
G.
Baccarani
,
M. R.
Wordeman
, and
R. H.
Dennard
,
IEEE Trans. Electron Devices
31
,
452
(
1984
).
4.
P. A.
Packan
,
Science
285
,
2079
(
1999
).
5.
See The International Technology Roadmap for Semiconductors, Semiconductor Industry Association; see also http: //public.itrs.net/ for the most recent updates (1999).
6.
R.
Rios
and
N. D.
Arora
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1994
,
613
(
1994
).
7.
The relative permittivity of a material is often given by ε or εr, such as with the expression C=εε0A/t. The relation between κ and ε varies depending on the choice of units (e.g., when ε0=1), but since it is always the case that κ∝ε, in this review we use the definition κ=ε.
8.
A.
Chatterjee
,
M.
Rodder
, and
I-C.
Chen
,
IEEE Trans. Electron Devices
45
,
1246
(
1998
).
9.
S. M. Sze, Physics of Semiconductor Devices, 2nd ed. (Wiley, New York, 1981).
10.
E. H. Nicollian and J. R. Brews, MOS (Metal Oxide Semiconductor) Physics and Technology (Wiley, New York, 1982).
11.
G. Lucovsky (private communication).
12.
D. A.
Muller
,
T.
Sorsch
,
S.
Moccio
,
F. H.
Baumann
,
K.
Evans-Lutterodt
, and
G.
Timp
,
Nature (London)
399
,
758
(
1999
);
D. A. Muller, “Characterization and Metrology for ULSI Technology,” Intl. Conf. 2000, edited by D. G. Seiler, A. C. Diebold, T. J. Shaffner, R. McDonald, W. M. Bullis, P. J. Smith, and E. M. Secula, p. 500.
13.
S.
Tang
,
R. M.
Wallace
,
A.
Seabaugh
, and
D.
King-Smith
,
Appl. Surf. Sci.
135
,
137
(
1998
).
14.
J. B.
Neaton
,
D. A.
Muller
, and
N. W.
Ashcroft
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
1298
(
2000
).
15.
A. A.
Demkov
and
O. F.
Sankey
,
Phys. Rev. Lett.
83
,
2038
(
1999
).
16.
J. L.
Alay
and
M.
Hirose
,
J. Appl. Phys.
81
,
1606
(
1997
).
17.
B.
Brar
,
G. D.
Wilk
, and
A. C.
Seabaugh
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
2728
(
1996
).
18.
Z. H.
Lu
,
J. P.
McCaffrey
,
B.
Brar
,
G. D.
Wilk
,
R. M.
Wallace
,
L. C.
Feldman
, and
S. P.
Tay
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
2764
(
1997
).
19.
H. S.
Momose
,
M.
Ono
,
T.
Yoshitomi
,
T.
Ohguro
,
S.-I.
Nakamura
,
M.
Saito
, and
H.
Iwai
,
IEEE Trans. Electron Devices
43
,
1233
(
1996
).
20.
G.
Timp
,
A.
Agarwal
,
F. H.
Baumann
,
T.
Boone
,
M.
Buonanno
,
R.
Cirelli
,
V.
Donnelly
,
M.
Foad
,
D.
Grant
,
M.
Green
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1997
, p.
930
.
21.
G.
Timp
,
K. K.
Bourdelle
,
J. E.
Bower
,
F. H.
Baumann
,
T.
Boone
,
R.
Cirelli
,
K.
Evans-Lutterodt
,
J.
Garno
,
A.
Ghetti
,
H.
Gossmann
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1998
, p.
615
.
22.
G.
Timp
,
J.
Bude
,
K. K.
Bourdelle
,
J.
Garno
,
A.
Ghetti
,
H.
Gossmann
,
M.
Green
,
G.
Forsyth
,
Y.
Kim
,
R.
Kleimann
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
55
.
23.
B.
Yu
,
H.
Wang
,
C.
Riccobene
,
Q.
Xiang
, and
M.-R.
Lin
,
VLSI Tech. Dig.
2000
, p.
90
.
24.
T. Ghani, K. Mistry, P. Packan, S. Thompson, M. Stettler, S. Tyagi, and M. Bohr, Tech. Dig. VLSI Symp. 2000, p. 174; R. R. Chau, J. Kavalieros, B. Roberds, R. Schenker, D. Lionberger, D. Barlage, B. Doyle, R. Arghavani, A. Murthy, and G. Dewey, Tech. Int. Electron Devices Meet. 2000, p. 45.
25.
B. E.
Weir
,
P. J.
Silverman
,
M. A.
Alam
,
F.
Baumann
,
D.
Monroe
,
A.
Ghetti
,
J. D.
Bude
,
G. L.
Timp
,
A.
Hamad
,
T. M.
Oberdick
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
437
.
26.
H.
Iwai
,
H. S.
Momose
, and
S.
Ohmi
,
Proc.-Electrochem. Soc.
2000-2, p.
3
.
27.
J. H.
Stathis
and
D. J.
DiMaria
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1998
, p.
167
;
J. H.
Stathis
and
D. J.
DiMaria
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
3230
(
1997
).
28.
C.
Hu
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1996
, p.
319
.
29.
Y.
Taur
,
D. A.
Buchanan
,
W.
Chen
,
D. J.
Frank
,
K. E.
Ismail
,
S.-H.
Lo
,
G. A.
Sai-Halasz
,
R. G.
Viswanathan
,
H.-J. C.
Wann
,
S. J.
Wind
, and
H.-S. P.
Wong
,
Proc. IEEE
85
,
486
(
1997
).
30.
M.
Alam
,
B.
Weir
,
P.
Silverman
,
J.
Bude
,
A.
Ghetti
,
Y.
Ma
,
M. M.
Brown
,
D.
Hwang
, and
A.
Hamad
,
Proc.-Electrochem. Soc.
2000-2
, p.
365
.
31.
J. H. Stahis, A. Vayshenker, P. R. Varekamp, E. Y. Yu, C. Montrose, J. McKenna, D. J. DiMaria, L.-K. Han, E. Cartier, R. A. Wachnik, and B. P. Linder, Tech. Dig. VLSI Symp. 2000, p. 94.
32.
D. A.
Buchanan
,
IBM J. Res. Dev.
43
,
245
(
1999
);
J. H.
Stathis
and
D. J.
DiMaria
,
Microelectron. Eng.
48
,
395
(
1999
).
33.
P. E. Nicollian, W. R. Hunter, and J. Hu, Tech. Dig. IRPS Symp. 2000, p. 7.
34.
E.
Wu
,
E.
Nowack
,
L.
Han
,
D.
Dufresne
, and
W.
Abadeer
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
441
.
35.
B. E.
Weir
,
M. A.
Alam
,
J. D.
Bude
,
P. J.
Silverman
,
A.
Ghetti
,
F.
Baumann
,
P.
Diodato
,
D.
Monroe
,
T.
Sorsch
,
g. L.
Timp
,
Y.
Ma
,
M. M.
Brown
et al.,
Semicond. Sci. Technol.
15
,
455
(
2000
).
36.
M. Alam, J. Bude, and A. Ghetti, Tech. Dig. IRPS Symp., 2000, p. 21.
37.
R.
Degraeve
,
G.
Groeseneken
,
R.
Bellens
,
M.
Depas
, and
H. E.
Maes
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1995
, p.
863
.
38.
R.
Degraeve
,
G.
Groeseneken
,
R.
Bellens
,
J. L.
Ogier
,
M.
Depas
,
Ph.
Roussel
, and
H. E.
Maes
,
IEEE Trans. Electron Devices
45
,
904
(
1998
).
39.
M. A.
Alam
,
B. E.
Weir
,
J. D.
Bude
,
P. J.
Silverman
, and
D.
Monroe
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
449
.
40.
D. J.
DiMaria
and
J. H.
Stathis
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
1752
(
1999
);
D. J.
DiMaria
and
J. H.
Stathis
,
Proc.-Electrochem. Soc.
2000
-2, p.
33
.
41.
J. H.
Stathis
,
J. Appl. Phys.
86
,
5757
(
1999
).
42.
A. I.
Kingon
,
J. P.
Maria
, and
S. K.
Streiffer
,
Nature (London)
406
,
1032
(
2000
).
43.
M.
Cao
,
P. V.
Voorde
,
M.
Cox
, and
W.
Greene
,
IEEE Electron Device Lett.
19
,
291
(
1998
).
44.
J.
Sapjeta
,
T.
Boone
,
J. M.
Rosamilia
,
P. J.
Silverman
,
T. W.
Sorsch
,
G.
Timp
, and
B. E.
Weir
,
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
477
,
203
(
1997
).
45.
G. D.
Wilk
,
Y.
Wei
,
H.
Edwards
, and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
2288
(
1997
).
46.
G.
Lucovsky
,
A.
Banerjee
,
B.
Hinds
,
B.
Clafflin
,
K.
Koh
, and
H.
Yang
,
J. Vac. Sci. Technol. B
15
,
1074
(
1997
).
47.
G. D.
Wilk
and
B.
Brar
,
IEEE Electron Device Lett.
20
,
132
(
1999
).
48.
Y.
Wei
,
R. M.
Wallace
, and
A. C.
Seabaugh
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
1270
(
1996
).
49.
Y.
Wei
,
R. M.
Wallace
, and
A. C.
Seabaugh
,
J. Appl. Phys.
81
,
6415
(
1997
).
50.
S.
Tang
,
Y.
Wei
, and
R. M.
Wallace
,
Surf. Sci. Lett.
387
,
L1057
(
1997
).
51.
S. V.
Hattangady
,
R.
Kraft
,
D. T.
Grider
,
M. A.
Douglas
,
G. A.
Brown
,
P. A.
Tiner
,
J. W.
Kuehne
,
P. E.
Nicollian
, and
M. F.
Pas
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1996
, p.
495
.
52.
Y.
Wu
and
G.
Lucovsky
,
IEEE Electron Device Lett.
19
,
367
(
1998
).
53.
X. W. Wang, Y. Shi, and T. P. Ma, Tech. Dig. VLSI Symp. 1995, p. 109.
54.
K. A.
Ellis
and
R. A.
Buhrman
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
967
(
1999
).
55.
K. A.
Ellis
and
R. A.
Buhrman
,
J. Electrochem. Soc.
145
,
2068
(
1998
).
56.
H.
Yang
and
G.
Lucovsky
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
245
.
57.
V.
Misra
,
H.
Lazar
,
M.
Kulkarni
,
Z.
Wang
,
G.
Lucovsky
, and
J. R.
Hauser
,
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
567
,
89
(
1999
).
58.
G.
Lucovsky
,
Y.
Wu
,
H.
Niimi
,
V.
Misra
, and
J. C.
Phillips
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
2005
(
1999
).
59.
S. C.
Song
,
H. F.
Luan
,
Y. Y.
Chen
,
M.
Gardner
,
J.
Fulford
,
M.
Allen
, and
D. L.
Kwong
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1998
, p.
373
.
60.
X.
Guo
and
T. P.
Ma
,
IEEE Electron Device Lett.
19
,
207
(
1998
).
61.
S. Song, W. S. Kim, J. S. Lee, T. H. Choe, J. K. Choi, M. S. Kang, U. I. Chung, N. I. Lee, K. Fujihara, H. K. Kang et al., Tech. Dig. VLSI Symp. 2000, p. 190.
62.
J. M.
Hergenrother
,
D.
Monroe
,
F. P.
Klemens
,
A.
Kornblit
,
G. R.
Weber
,
W. M.
Mansfield
,
M. R.
Baker
,
F. H.
Baumann
,
K. J.
Bolan
,
J. E.
Bower
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
75
.
63.
S.-H.
Oh
,
J. M.
Hergenrother
,
T.
Nigam
,
D.
Monroe
,
F. P.
Klemens
,
A.
Kornblit
,
W. M.
Mansfield
,
M. R.
Baker
,
D. L.
Barr
,
F. H.
Baumann
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
65
.
64.
L.
Risch
,
W. H.
Krautschneider
,
F.
Hofmann
,
H.
Schäfer
,
T.
Aeugle
, and
W.
Rösner
,
IEEE Trans. Electron Devices
43
,
1495
(
1996
).
65.
C. P.
Auth
and
J. D.
Plummer
,
IEEE Device Res. Conf. Tech. Dig.
1996
, p.
108
.
66.
H.-S. P.
Wong
,
K. K.
Chan
, and
Y.
Taur
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1997
, p.
427
.
67.
D.
Hisamoto
,
T.
Kaga
, and
E.
Takeda
,
IEEE Trans. Electron Devices
38
,
1419
(
1991
).
68.
X.
Huang
,
W.-C.
Lee
,
C.
Kuo
,
D.
Hisamoto
,
L.
Chang
,
J.
Kedzierski
,
E.
Anderson
,
H.
Takeuchi
,
Y. K.
Choi
,
K.
Asano
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
67
.
69.
A.
Chatterjee
,
R. A.
Chapman
,
K.
Joyner
,
M.
Otobe
,
S.
Hattangady
,
M.
Bevan
,
G. A.
Brown
,
H.
Yang
,
Q.
He
,
D.
Rogers
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1998
, p.
777
.
70.
P. K.
Roy
and
I. C.
Kizilyalli
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
2835
(
1998
).
71.
I. C.
Kizilyalli
,
R. Y. S.
Huang
, and
P. K.
Roy
,
IEEE Electron Device Lett.
19
,
423
(
1998
).
72.
Q.
Lu
,
D.
Park
,
A.
Kalnitsky
,
C.
Chang
,
C. C.
Cheng
,
S. P.
Tay
,
Y.-C.
King
,
T.-J.
King
,
C.
Hu
,
IEEE Electron Device Lett.
19
,
341
(
1998
).
73.
D.
Park
,
Y.-C.
King
,
Q.
Lu
,
T.-J.
King
,
C.
Hu
,
A.
Kalnitsky
,
S.-P.
Tay
, and
C.-C.
Cheng
,
IEEE Electron Device Lett.
19
,
441
(
1998
).
74.
H. F.
Luan
,
B. Z.
Wu
,
L. G.
Kang
,
B. Y.
Kim
,
R.
Vrtis
,
D.
Roberts
, and
D. L.
Kwong
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1998
, p.
609
.
75.
G. B.
Alers
,
D. J.
Werder
,
Y.
Chabal
,
H. C.
Lu
,
E. P.
Gusev
,
E.
Garfunkel
,
T.
Gustafsson
, and
R. S.
Urdahl
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
1517
(
1998
).
76.
Y.
Nishioka
,
N.
Homma
,
H.
Shinriki
,
K.
Mukai
,
K.
Yamaguchi
,
A.
Yuchida
,
K.
Higeta
, and
K.
Ogiue
,
IEEE Trans. Electron Devices
ED–34
,
1957
(
1987
);
Y.
Nishioka
,
H.
Shinriki
, and
K.
Mukai
,
J. Appl. Phys.
61
,
2335
(
1987
).
77.
C.
Chaneliere
,
J. L.
Autran
,
R. A. B.
Devine
, and
B.
Balland
,
Mater. Sci. Eng., R.
22
,
269
(
1998
).
78.
R. M.
Fleming
,
D. V.
Lang
,
C. D. W.
Jones
,
M. L.
Steigerwald
,
D. W.
Murphy
,
G. B.
Alers
,
Y. H.
Wong
,
R. B.
van Dover
,
J. R.
Kwo
, and
A. M.
Sergent
,
J. Appl. Phys.
88
,
850
(
2000
).
79.
R. A.
McKee
,
F. J.
Walker
, and
M. F.
Chisholm
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
3014
(
1998
).
80.
R. A.
McKee
,
F. J.
Walker
, and
M. F.
Chisholm
,
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
567
,
415
(
1999
).
81.
Z.
Yu
,
R.
Droopad
,
J.
Ramdani
,
J. A.
Curless
,
C. D.
Overgaard
,
J. M.
Finder
,
K. W.
Eisenbeiser
,
J.
Wang
,
J. A.
Hallmark
, and
W. J.
Ooms
,
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
567
,
427
(
1999
).
82.
K.
Eisenbeiser
,
J. M.
Finder
,
Z.
Yu
,
J.
Ramdani
,
J. A.
Curless
,
J. A.
Hallmark
,
R.
Droopad
,
W. J.
Ooms
,
L.
Salem
,
S.
Bradshaw
, and
C. D.
Overgaard
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1324
(
2000
).
83.
Z.
Yu
,
J.
Ramdani
,
J. A.
Curless
,
J. M.
Finder
,
C. D.
Overgaard
,
R.
Droopad
,
K. W.
Eisenbeiser
,
J. A.
Hallmark
,
W. J.
Ooms
,
J. R.
Conner
, and
V. S.
Kaushik
,
J. Vac. Sci. Technol. B
18
,
1653
(
2000
).
84.
Z.
Yu
,
J.
Ramdani
,
J. A.
Curless
,
C. D.
Overgaard
,
J. M.
Finder
,
R.
Droopad
,
K. W.
Eisenbeiser
,
J. A.
Hallmark
,
W. J.
Ooms
, and
V. S.
Kaushik
,
J. Vac. Sci. Technol. B
18
,
2139
(
2000
).
85.
T. M.
Klein
,
D.
Niu
,
W. S.
Epling
,
W.
Li
,
D. M.
Maher
,
C. C.
Hobbs
,
R. I.
Hedge
,
I. J. R.
Baumvol
, and
G. N.
Parsons
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
4001
(
1999
).
86.
L.
Manchanda
,
W. H.
Lee
,
J. E.
Bower
,
F. H.
Baumann
,
W. L.
Brown
,
C. J.
Case
,
R. C.
Keller
,
Y. O.
Kim
,
E. J.
Laskowski
,
M. D.
Morris
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1998
, p.
605
.
87.
E. P.
Gusev
,
M.
Copel
,
E.
Cartier
,
I. J. R.
Baumvol
,
C.
Krug
, and
M. A.
Gribelyuk
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
176
(
2000
).
88.
A. Chin, C. C. Liao, C. H. Liu, W. J. Chen, and C. Tsai, Tech. Dig. VLSI Symp. 1999, p. 135.
89.
A. Chin, Y. H. Wu, S. B. Chen, C. C. Liao, and W. J. Chen, Tech. Dig. VLSI Symp. 2000, p. 16.
90.
D.-G. Park, H.-J. Cho, C. Lim, I.-S. Yeo, J.-S. Roh, C.-T. Kim, and J.-M. Hwang, Tech. Dig. VLSI Symp. 2000, p. 46.
91.
D. A.
Buchanan
,
E. P.
Gusev
,
E.
Cartier
,
H.
Okorn-Schmidt
,
K.
Rim
,
M. A.
Gribelyuk
,
A.
Mocuta
,
A.
Ajmera
,
M.
Copel
,
S.
Guha
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
223
.
92.
J. H.
Lee
,
K.
Koh
,
N. I.
Lee
,
M. H.
Cho
,
Y. K.
Kim
,
J. S.
Jeon
,
K. H.
Cho
,
H. S.
Shin
,
M. H.
Kim
,
K.
Fujihara
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
645
.
93.
J.
Kolodzey
,
E. A.
Chowdhury
,
G.
Qui
,
J.
Olowolafe
,
C. P.
Swann
,
K. M.
Unruh
,
J.
Suehle
,
R. G.
Wilson
, and
J. M.
Zavada
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
3802
(
1997
).
94.
See, for example,
R. M.
Wallace
and
Y.
Wei
,
J. Vac. Sci. Technol. B
17
,
970
(
1999
), and references therein.
95.
H. B.
Michaelson
,
J. Appl. Phys.
48
,
4729
(
1977
).
96.
L.
Manchanda
and
M.
Gurvitch
,
IEEE Electron Device Lett.
9
,
180
(
1988
).
97.
M.
Gurvitch
,
L.
Manchanda
, and
J. M.
Gibson
,
Appl. Phys. Lett.
51
,
919
(
1987
).
98.
J.
Kwo
,
M.
Hong
,
A. R.
Kortan
,
K. T.
Queeney
,
Y. J.
Chabal
,
J. P.
Mannaerts
,
T.
Boone
,
J. J.
Krajewski
,
A. M.
Sergent
, and
J. M.
Rosamilia
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
130
(
2000
).
99.
S.
Guha
,
E.
Cartier
,
M. A.
Gribelyuk
,
N. A.
Borjarczuk
, and
M. A.
Copel
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
2710
(
2000
).
100.
J. J.
Chambers
and
G. N.
Parsons
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
2385
(
2000
).
101.
H. J.
Osten
,
J. P.
Liu
,
P.
Gaworzewski
,
E.
Bugiel
, and
P.
Zaumseil
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
,
653
(
2000
).
102.
S. A.
Campbell
,
D. C.
Gilmer
,
X.
Wang
,
M. T.
Hsich
,
H. S.
Kim
,
W. L.
Gladfelter
, and
J. H.
Yan
,
IEEE Trans. Electron Devices
44
,
104
(
1997
).
103.
C. J.
Taylor
,
D. C.
Gilmer
,
D.
Colombo
,
G. D.
Wilk
,
S. A.
Campbell
,
J.
Roberts
, and
W. L.
Gladfelter
,
J. Am. Chem. Soc.
121
,
5220
(
1999
).
104.
D. C.
Gilmer
,
D. G.
Colombo
,
C. J.
Taylor
,
J.
Roberts
,
G.
Haustad
,
S. A.
Campbell
,
H.-S.
Kim
,
G. D.
Wilk
,
M. A.
Gribelyuk
, and
W. L.
Gladfelter
,
Chem. Vap. Deposition
4
,
9
(
1998
).
105.
B.
He
,
T.
Ma
,
S. A.
Campbell
, and
W. L.
Gladfelter
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1998
,
1038
(
1998
).
106.
X.
Guo
,
X.
Wang
,
Z.
Luo
,
T. P.
Ma
, and
T.
Tamagawa
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
137
.
107.
Y.
Ma
,
Y.
Ono
, and
S. T.
Hsu
,
Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
567
,
355
(
1999
).
108.
C. Hobbs, R. Hedge, B. Maiti, H. Tseng, D. Gilmer, P. Tobin, O. Adetutu, F. Huang, D. Weddington, R. Nagabushnam et al., Tech. Dig. VLSI Symp. 1999, p. 133.
109.
R. B.
van Dover
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
3041
(
1999
).
110.
M.
Balog
,
M.
Schieber
,
S.
Patai
, and
M.
Michman
,
J. Cryst. Growth
17
,
298
(
1972
);
M.
Balog
,
M.
Schieber
,
M.
Michman
, and
S.
Patai
,
Thin Solid Films
41
,
247
(
1977
);
M.
Balog
,
M.
Schieber
,
M.
Michman
, and
S.
Patai
,
Thin Solid Films
47
,
109
(
1977
);
M.
Balog
,
M.
Schieber
,
M.
Michman
, and
S.
Patai
,
J. Elec. Chem. Soc.
126
,
1203
(
1979
).
111.
J.
Shappir
,
A.
Anis
, and
I.
Pinsky
,
IEEE Trans. Electron Devices
ED-33
,
442
(
1986
).
112.
A.
Kumar
,
D.
Rajdev
, and
D. L.
Douglass
,
J. Am. Chem. Soc.
55
,
439
(
1972
).
113.
M.
Copel
,
M. A.
Gribelyuk
, and
E.
Gusev
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
436
(
2000
).
114.
W.-J.
Qi
,
R.
Nieh
,
B. H.
Lee
,
L.
Kang
,
Y.
Jeon
,
K.
Onishi
,
T.
Ngai
,
S.
Banerjee
, and
J. C.
Lee
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
145
.
115.
W.-J. Qi, R. Nieh, B. H. Lee, K. Onishi, L. Kang, Y. Jeon, J. C. Lee, V. Kaushik. B.-Y. Nguyen, L. Prabhu et al., Tech. Dig. VLSI Symp. 2000, p. 40.
116.
C. H.
Lee
,
H. F.
Luan
,
W. P.
Bai
,
S. J.
Lee
,
T. S.
Jeon
,
Y.
Senzaki
,
D.
Roberts
, and
D. L.
Kwong
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
27
.
117.
T.
Ngai
,
W.-J.
Qi
,
R.
Sharma
,
J.
Fretwell
,
X.
Chen
,
J. C.
Lee
, and
S.
Banerjee
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
502
(
2000
).
118.
M.
Houssa
,
V. V.
Afanas’ev
,
A.
Stesmans
, and
M. M.
Heyns
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
1885
(
2000
).
119.
M.
Houssa
,
M.
Tuominen
,
M.
Naili
,
V.
Afanas’ev
,
A.
Stesmans
,
S.
Haukka
, and
M. M.
Heyns
,
J. Appl. Phys.
87
,
8615
(
2000
).
120.
R. C.
Smith
,
N.
Hoilien
,
C. J.
Taylor
,
T. Z.
Ma
,
S. A.
Campbell
,
J. T.
Roberts
,
M.
Copel
,
D. A.
Buchanan
,
M.
Gribelyuk
, and
W. L.
Gladfelter
,
J. Electrochem. Soc.
147
,
3472
(
2000
).
121.
H.
Zhang
,
R.
Solanki
,
B.
Roberds
,
G.
Bai
, and
I.
Banerjee
,
J. Appl. Phys.
87
,
1921
(
2000
).
122.
B. H.
Lee
,
L.
Kang
,
W. J.
Qi
,
R.
Nieh
,
Y.
Jeon
,
K.
Onishi
, and
J. C.
Lee
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
133
;
B. H.
Lee
,
L.
Kang
,
W. J.
Qi
,
R.
Nieh
,
Y.
Jeon
,
K.
Onishi
, and
J. C.
Lee
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
39
.
123.
B. H.
Lee
,
L.
Kang
,
R.
Nieh
,
W.-J.
Qi
, and
J. C.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
1926
(
2000
).
124.
L.
Kang
,
B. H.
Lee
,
W.-J.
Qi
,
Y.
Jeon
,
R.
Nieh
,
S.
Gopalan
,
K.
Onishi
, and
J. C.
Lee
,
IEEE Electron Device Lett.
21
,
181
(
2000
).
125.
L.
Kang
,
K.
Onishi
,
Y.
Jeon
,
B. H.
Lee
,
C.
Kang
,
W.-J.
Qi
,
R.
Nieh
,
S.
Gopalan
,
R.
Choi
, and
J. C.
Lee
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
35
.
126.
S. J.
Lee
,
H. F.
Luan
,
W. P.
Bai
,
C. H.
Lee
,
T. S.
Jeon
,
Y.
Senzaki
,
D.
Roberts
, and
D. L.
Kwong
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
31
.
127.
C. M. Perkins, B. B. Triplett, P. C. McIntyre, K. C. Saraswat, S. Haukka, and M. Tuominen (unpublished).
128.
A. H.
Edwards
,
Phys. Rev. B
44
,
1832
(
1991
).
129.
V. V.
Afanas’ev
and
A.
Stesmans
,
Phys. Rev. Lett.
80
,
5176
(
1998
).
130.
From W. T. Adams in Zirconium and Hafnium, A Chapter from Mineral Facts and Problems (U.S. Dept. of Interior, Bureau of Mines Preprint from Bulletin 675, U.S. Govt. Printing Office, Washington, D.C., 1985), pp. 946–947.
131.
B. E. Gnade and R. M. Wallace (private communication).
132.
J. F.
Ziegler
,
IBM J. Res. Dev.
40
,
19
(
1996
).
133.
M. A.
Russack
,
C. V.
Jahnes
, and
E. P.
Katz
,
J. Vac. Sci. Technol. A
7
,
1248
(
1989
).
134.
S. Roberts, J. G. Ryan, and D. W. Martin, in Emerging Semiconductor Technology, ASTM STP 960, edited by D. C. Gupta and P. H. Langer (ASTM, Philadelphia, 1986), p. 137.
135.
G. D.
Wilk
and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
2854
(
1999
).
136.
G. D.
Wilk
and
R. M.
Wallace
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
112
(
2000
).
137.
G. D.
Wilk
,
R. M.
Wallace
, and
J. M.
Anthony
,
J. Appl. Phys.
87
,
484
(
2000
).
138.
T.
Yamaguchi
,
H.
Satake
,
N.
Fukushima
, and
A.
Toriumi
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
19
.
139.
Y.
Ma
,
Y.
Ono
,
L.
Stecker
,
D. R.
Evans
, and
S. T.
Hsu
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
1999
, p.
149
.
140.
L.
Manchanda
,
M. L.
Green
,
R. B.
van Dover
,
M. D.
Morris
,
A.
Kerber
,
Y.
Hu
,
J. P.
Han
,
P. J.
Silverman
,
T. W.
Sorsch
,
G.
Weber
et al.,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
23
.
141.
J. C.
Phillips
,
J. Non-Cryst. Solids
34
,
153
(
1979
);
J. C.
Phillips
,
J. Non-Cryst. Solids
47
,
203
(
1983
).
142.
J. C.
Phillips
,
J. Vac. Sci. Technol. B
18
,
1749
(
2000
).
143.
(a)
W.-J.
Qi
,
R.
Nieh
,
E.
Dharmarajan
,
B. H.
Lee
,
Y.
Jeon
,
L.
Kang
,
K.
Onishi
, and
J. C.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
1704
(
2000
);
(b)
M.
Copel
,
E.
Cortier
, and
F. M.
Ross
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
1607
(
2001
);
(c)
J. A.
Gupta
,
D.
Londheer
,
J. P.
McCaffrey
, and
G. I.
Sproule
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
1718
(
2001
).
144.
W. B. Blumenthal, The Chemical Behavior of Zirconium (Van Nostrand, Princeton, 1958), pp. 201–219.
145.
L. Bragg, G. F. Claringbull, and W. H. Taylor, Crystal Structures of Minerals (Cornell University Press, Ithaca, 1965), p. 185.
146.
P. J.
Harrop
and
D. S.
Campbell
,
Thin Solid Films
2
,
273
(
1968
).
147.
E. M.
Vogel
,
K. Z.
Ahmed
,
B.
Hornung
,
W. Kirklen
Henson
,
P. K.
McLarty
,
G.
Lucovsky
,
J. R.
Hauser
, and
J. J.
Wortman
,
IEEE Trans. Electron Devices
45
,
1350
(
1998
).
148.
D.
Frank
,
Y.
Taur
, and
H.-S. P.
Wong
,
IEEE Electron Device Lett.
19
,
385
(
1998
).
149.
S.
Krishnan
,
G. C.-F.
Yeap
,
B.
Yu
,
Q.
Xiang
, and
M.-R.
Lin
,
Proc. SPIE
3506
,
65
(
1998
).
150.
B.
Cheng
et al.,
IEEE Trans. Electron Devices
46
,
1537
(
1999
).
151.
R. D.
Shannon
,
J. Appl. Phys.
73
,
348
(
1993
).
152.
J.
Robertson
and
C. W.
Chen
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
1168
(
1999
).
153.
J.
Robertson
,
J. Vac. Sci. Technol. B
18
,
1785
(
2000
).
154.
S. O. Kasap, Principles of Electrical Engineering Materials and Devices, 2nd ed. (McGraw-Hill, New York, 2002).
155.
G.
Lucovsky
and
B.
Rayner
,
Appl. Phys. Lett.
77
,
2912
(
2000
).
156.
R.
Beyers
,
J. Appl. Phys.
56
,
147
(
1984
).
157.
K. J.
Hubbard
and
D. G.
Schlom
,
J. Mater. Res.
11
,
2757
(
1996
).
158.
S. Q.
Wang
and
J. W.
Mayer
,
J. Appl. Phys.
64
,
4711
(
1988
).
159.
I. Barin and O. Knacke, Thermochemical Properties of Inorganic Substances (Springer, Berlin, 1973).
160.
L. B. Pankratz, Thermodynamic Properties of Elements and Oxides (U.S. Dept. of Interior, Bureau of Mines Bulletin 672, U.S. Govt. Printing Office, Washington, D.C., 1982).
161.
S. P. Murarka, Silicides for VLSI Applications (Academic, New York, 1983).
162.
S.
Murtaza
,
J.
Hu
,
S.
Unnikrishnan
,
M.
Rodder
, and
I-C.
Chen
,
Proc. SPIE
3506
,
49
(
1998
).
163.
H.
Zhong
,
G.
Heuss
, and
V.
Misra
,
IEEE Electron Device Lett.
21
,
593
(
2000
).
164.
H.
Zhong
,
G.
Heuss
,
V.
Misra
,
H.
Luan
,
C. H.
Lee
, and
D. L.
Kwong
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
1134
(
2001
).
165.
T.-J.
King
,
J. P.
McVittie
,
K. C.
Saraswat
, and
J. R.
Pfiester
,
IEEE Trans. Electron Devices
41
,
228
(
1994
).
166.
K.
Uejima
,
T.
Yamamoto
, and
T.
Mogami
,
Tech. Dig. Int. Electron Devices Meet.
2000
, p.
445
.
167.
S. J.
Wang
,
C. K.
Ong
,
S. Y.
Xu
,
P.
Chen
,
W. C.
Tjiu
,
J. W.
Chai
,
A. C. H.
Huan
,
W. J.
Yoo
,
J. S.
Lim
,
W.
Feng
, and
W. K.
Choi
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
1604
(
2001
).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.