Magnetic resonance studies of trapping centers in high-κ dielectric films on silicon

IEEE Transactions on Device and Materials Reliability

Volumn 5, Issue 1, 2005, Pages 90-101

  Lenahan, Patrick M ^a   Conley Jr , John F ^b  

^a PENNSYLVANIA STATE UNIVERSITY   (United States)

^b SHARP LABORATORIES OF AMERICA   (United States)

Author keywords

Defects; Electron paramagnetic resonance (EPR); Electron spin resonance (ESR); Gate insulator; High dielectric constant; High ; MOS; Reliability; Trapping

Indexed keywords

DEFECTS; ELECTRIC INSULATORS; ELECTRIC POTENTIAL; ELECTRON TRAPS; MAGNETIC RESONANCE; MOS DEVICES; PARAMAGNETIC RESONANCE; PERMITTIVITY; RELIABILITY; SILICA; SILICON; ULTRATHIN FILMS;

ELECTRON SPIN RESONANCE (ESR); GATE INSULATORS; HIGH DIELECTRIC CONSTANT; HIGH-Κ; MOS; TRAPPING;

DIELECTRIC FILMS;

EID: 20444459904     PISSN: 15304388     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1109/TDMR.2005.845475     Document Type: Article

References (90)

1. The International Technology Roadmap for Semiconductors [Online]. Available: http://public.itrs.org
2. G. D. Wilk, R. M. Wallace, and J. M. Anthony, J. Appl. Phys., vol. 89, p. 5243, 2001.
3. K. J. Hubbard and D. G. Schlom, J. Mater. Res., vol. 11, p. 2757, 1996.
4. J. Robertson, J. Vac. Sci. Tech., vol. B18, p. 1785, 2000.
5. M. Gutowski, J. E. Jaffe, C.-L. Liu, M. Stoker, R. I. Hegde, R. S. Rai, and P. J. Tobin, Appl. Phys. Lett., vol. 80, p. 1897, 2002.
6. A. Y. Kang, P. M. Lenahan, and J. F. Conley Jr., Appl. Phys. Lett., vol. 83, no. 16, p. 3407, 2003.
7. J. F. Conley Jr., Y. Ono, R. Solanki, G. Stecker, and W. Zhuang, Appl. Phys. Lett., vol. 82, no. 20, p. 3508, 2003.
8. S. Zafar, A. Callegari, E. Gusev, and M. V. Fischetti, IEDM Tech. Dig., vol. 2002, 2002, p. 517.
9. W. J. Zhu and T. P. Ma, IEEE Electron Device Lett., vol. 23, p. 597, 2002.
10. E. P. Gusev, D. A. Buchanan, E. Cartier, A. Kumar, D. DiMaria, S. Guha, A. Callegari, S. Zafar, P. C. Jamison, D. A. Neumayer, M. Copel, M. A. Gribelyuk, H. Okorn-Schmidt, C. D'Emic, R. J. Fleming, A. Mocuta, and A. Ajmera, IEDM Tech. Dig., vol. 2001, 2001, p. 451.
11. P. M. Lenahan and J. F. Conley Jr., J. Vac. Sci. and Tech. B, vol. 16, p. 2134, 1998.
12. J. F. Conley Jr., Materials Research Society Proc., vol. 428, 1996, p. 293.
13. Y. Nishi, T. Tanaka, and A. Ohwada, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 11, p. 85, 1972.
14. E. E. Poindexter, P. J. Caplan, B. E. Deal, and R. R. Razouk, J. Appl. Phys., vol. 52, p. 879, 1981.
15. P. J. Caplan, E. H. Poindexter, B. E. Deal, and R. R. Razouk, J. Appl. Phys., vol. 50, p. 5847, 1979.
16. P. M. Lenahan and P. V. Dressendorfer, Appl. Phys. Lett., vol. 41, p. 542, 1982.
17. _, J. Appl. Phys., vol. 55, p. 3495, 1984.
18. Y. Y. Kim and P. M. Lenahan, J. Appl. Phys. Lett., vol. 84, p. 3551, 1988.
19. J. T. Krick, P. M. Lenahan, and G. J. Dunn, Appl. Phys. Lett., vol. 59, p. 3437, 1991.
20. W. L. Warren and P. M. Lenahan, Appl. Phys. Lett., vol. 49, p. 1296, 1988.
21. J. W. Gabrys, P. M. Lenahan, and W. Weber, Microelectron. Eng., vol. 22, p. 879, 1981.
22. G. J. Gerardi, E. H. Poindexter, P. J. Caplan, and N. M. Johnson, Appl. Phys. Lett., vol. 49, p. 348, 1986.
23. E. H. Poindexter, G. J. Gerardi, M. E. Ruekel, P. J. Caplan, N. M. Johnson, and D. K. Biegelson, J. Appl. Phys., vol. 56, p. 2844, 1984.
24. J. P. Campbell and P. M. Lenahan, Appl. Phys. Lett., vol. 80, p. 1945, 2002.
25. A. Stesmans, B. Nouwen, and V. V. Afanas'ev, Phys. Rev. B, vol. 58, p. 15801, 1998.
26. P. M. Lenahan and P. V. Dressendorfer, IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 30, p. 4602, 1983.
27. T. Takahashi, B. B. Triplett, K. Yokogawa, B. Kim, K. Osada, and T. Sugano, Appl. Phys. Lett., vol. 50, p. 1334, 1987.
28. B. B. Triplett, T. Takahashi, and T. Sugano, Appl. Phys. Lett., vol. 50, p. 1663, 1987.
29. L. Lipkin, L. Rowan, A. Reisman, and C. K. Williams, J. Electrochem. Soc., vol. 138, p. 2050, 1991.
30. 2 films thermally grown on Si substrates in ultra-dry oxygen," IEEE Trans. Electron. Dev., vol. 35, no. 12, pp. 2245-2252, Dec. 1988.
31. K. Awazu, W. Watanobe, and H. Kawazoe, J. Appl. Phys., vol. 73, p. 8519, 1993.
32. R. L. Vranch, B. Henderson, and M. Pepper, Appl. Phys. Lett., vol. 52, p. 1161, 1988.
33. J. F. Conley Jr., P. M. Lenahan, and P. Roitman, "Electron spin resonance study of E' trapping centers in SIMOX buried oxides," IEEE Trans. Nuc. Sci., vol. 38, no. 6, pp. 1247-1252, Dec. 1991.
34. _, Appl. Phys. Lett., vol. 60, p. 2889, 1992.
35. J. F. Conley Jr., P. M. Lenahan, R. K. Lowry, H. L. Evans, and T. J. Morthorst, J. Appl. Phys., vol. 76, p. 2872, 1994.
36. J. McPherson et al., Appl. Phys. Lett., vol. 71, 1997.
37. T. Oldham and A. Lelis, MRS Proc., vol. 248, 1996.
38. P. M. Lenahan and P. M. Mele, J. Vac. Sci. Technol. B, vol. 18, 2000.
39. J. F. Conley Jr., P. M. Lenahan, and B. D. Wallace, IEEE Integrated Reliability Workshop (IRW) Final Report, 1996, pp. 134-141.
40. P. M. Lenahan and J. F. Conley Jr., J. Appl. Phys., vol. 81, p. 6822, 1997.
41. 2," IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 44, no. 6, pp. 1804-1809, Dec. 1997.
42. P. M. Lenahan and J. F. Conley Jr., Appl. Phys. Lett., vol. 71, p. 3126, 1997.
43. A. Stesmans, V. Afanas'ev, and M. Houssa, J. Noncryst. Sol., vol. 303, p. 162, 2002.
44. A. Stesmans and V. Afanas'ev, Appl. Phys. Lett., vol. 80, p. 1957, 2002.
45. S. Baldovino, S. Nokhrin, G. Scarel, M. Fanciulli, T. Graf, and M. S. Brandt, J. Non-Cryst. Sol., vol. 322, p. 168, 2003.
46. E. P. Gusev, C. Cabral Jr., M. Copel, C. D'Emic, and M. Gribelyuk, Micro. Eng., vol. 69, p. 145, 2003.
47. M. Alam and M. Green, J. Appl. Phys., vol. 94, p. 3404, 2003.
48. J. F. Conley Jr., Y. Ono, and D. J. Tweet, Appl. Phys. Lett., vol. 84, no. 11, p. 1913, 2004.
49. A. Y. Kang, P. M. Lenahan, J. F. Conley Jr., and R. Solanki, Appl. Phys. Lett., vol. 81, p. 1128, 2002.
50. A. Y. Kang, P. M. Lenahan, and J. F. Conley Jr., "The radiation response of the high dielectric-constant hafnium oxide/silicon system," IEEE Trans. Nucl. Sci., vol. 49, no. 6, pp. 2636-2642, Dec. 2002.
51. A. Y. Kang, P. M. Lenahan, J. F. Conley Jr., and Y. Ono, 2003 IEEE Integrated Reliability Workshop Final Report, p. 24.
52. J. F. Conley Jr., Y. Ono, D. J. Tweet, W. Zhuang, and R. Solanki, J. Appl. Phys., vol. 93, p. 712, 2003.
53. J. F. Conley Jr., Y. Ono, W. Zhuang, D. J. Tweet, W. Gao, S. K. Mohammed, and R. Solanki, Electrochem. Solid State Lett., vol. 5, no. 5, p. C57, 2002.
54. J. F. Conley Jr., Y. Ono, D. J. Tweet, and R. Solanki, Appl. Phys. Lett., vol. 84, no. 3, p. 398, 2004.
55. A. Stesmans and V. Afanas'ev, Appl. Phys. Lett., vol. 82, p. 4074, 2003.
56. P. M. Lenahan, A. Kang, and J. F. Conley Jr.,. unpublished.
57. T. G. Pribicko, J. P. Campbell, P. M. Lenahan, W. Tsai, and A. Kerber, Appl. Phys. Lett., vol. 86, no. 18, 2005.
58. J. L. Cantin and H. J. von Bardeleben, J. Non-Cryst. Sol., vol. 303, p. 175, 2002.
59. R. E. Mikawa and P. M. Lenahan, J. Appl. Phys., vol. 59, p. 2054, 1986.
60. M. Shiotani, G. Moro, and J. H. Freed, J. Chem. Phys., vol. 74, p. 2616, 1981.
61. P. H. Kasai, J. Chem. Phys., vol. 43, p. 3322, 1965.
62. X. Zhang and K. J. Klabunde, Inorg. Chem., vol. 31, p. 1706, 1992.
63. R. F. Howe and M. Gratzel, J. Phys. Chem., vol. 91, p. 3906, 1987.
64. R. F. Howe and W. C. Timmer, J. Chem. Phys., vol. 85, p. 6129, 1986.
65. E. Abi-Aad, R. Bechara, J. Grimblot, and A. Aboukais, Chem. Mater., vol. 5, p. 793, 1993.
66. J. Matta, J. F. Lamonier, E. Abi-Aad, E. A. Zhilinskaya, and A. Aboukais, Phys. Chem. Chem. Phys., vol. 1, p. 4975, 1999.
67. V. Ramaswamy, B. Tripathi, D. Srinivas, A. V. Ramaswamy, R. Cattaneo, and R. Prins, J. Catal., vol. 200, p. 250, 2001.
68. E. Giamello, M. Volante, B. Fubini, F. Geobaldo, and C. Morterra, Mater. Chem. Phys., vol. 29, p. 379, 1991.
69. M. Anpo, M. Che, B. Fubini, E. Garrone, E. Giamello, and M. C. Paganini, Top. Catal., vol. 8, p. 189, 1999.
70. J. H. Lunsford, Catal. Rev., vol. 8, p. 135, 1973.
71. M. Che and A. J. Tench, Adv. Catal., vol. 32, p. 1, 1983.
72. W. Kanzig and M. H. Cohen, Phys. Rev. Lett., vol. 3, p. 509, 1959.
73. C. Morterra, E. Giamello, L. Orio, and M. Volante, J. Phys. Chem., vol. 94, p. 3111, 1990.
74. A. Stesmans, V. V. Afanas'ev, F. Chen, and S. A. Campbell, Appl. Phys. Lett., vol. 84, no. 22, p. 4574, 2004.
75. J. C. Lee, S. J. Oh, M. Cho, C. S. Hwang, and R. Jung, Appl. Phys. Lett., vol. 84, no. 8, p. 1305, 2004.
76. G. D. Wilk and D. A. Muller, Appl. Phys. Lett., vol. 83, no. 19, p. 3984, 2003.
77. G. Bersuker, P. Zeitzoff, G. Brown, and H. R. Huff, Maf. Tod., pp. 26-33, Jan. 2004.
78. P. Lysaght, B. Foran, S. Stemmer, G. Bersuker, J. Bennett, R. Tichy, L. Larson, and H. Huff, Micro. Eng., vol. 69, p. 182, 2003.
79. D. W. McComb, A. J. Craven, D. A. Hamilton, and M. MacKenzie, Appl. Phys. Lett., vol. 84, p. 4523, 2004.
80. T. Kauerauf, R. Degraeve, E. Cartier, C. Soens, and G. Groeseneken, IEEE Electron Device Lett., vol. 23, no. 4, p. 215, 2002.
81. Y. H. Kim, K. Onishi, C. S. Kang, H. Cho, R. Choi, S. Krishnan, M. Akbar, and J. C. Lee, Electron Devices Lett., vol. 24, p. 40, 2003.
82. R. Degraeve, T. Kauerauf, A. Kerber, E. Carrier, B. Govoreanu, P. Roussel, L. Pantisano, P. Blomme, B. Kaczer, and G. Groeseneken, Proc. IEEE IRPS 2003, p. 23.
83. G. Garros et al., Proc. IEEE IRPS 2004.
84. Y. Harada, M. Niwa, S. Lee, and D. L. Kwong, 2002 VLSI Symp. Tech. Dig..
85. D. L. Lee et al., IEEE Electron Device Lett., vol. 25, p. 13, 2004.
86. K. Onishi, C. S. Kang, R. Choi, H.-J. Cho, S. Gopalan, R. Nieh, E. Dharmarajan, and J. C. Lee, IEDM 2001 Tech. Dig., p. 659.
87. J. Stathis, J. Appl. Phys., vol. 86, p. 5757, 1999.
88. R. Degraeve, G. Groeseneken, R. Bellens, J. L. Ogier, M. Depas, and P. J. Roussel, IEEE Trans. Electron Devices, vol. 45, no. 4, pp. 904-911, Apr. 1998.
89. J. McPherson, J. Y. Kim, A. Shanware, and H. Mogul, Appl. Phys. Lett., vol. 82, no. 13, p. 2121, 2003.
90. R. Degraeve, G. Groeseneken, R. Bellens, J. L. Ogier, M. Depas, and P. J. Roussel, IEEE Trans. Electron Devices, vol. 45, no. 4, pp. 904-911, Apr. 1998.