An MOCVD approach to high-κ praseodymium-based films

Chemical Vapor Deposition

Volumn 12, Issue 2-3, 2006, Pages 109-124

  Lo Nigro, Raffaella ^a,b   Malandrino, Graziella ^a   Toro, Roberta G ^a   Fragalà, Ignazio L ^a  

^a UNIVERSITY OF CATANIA   (Italy)

^b CNR   (Italy)

Author keywords

Dielectrics; Metal organic CVD; Praseodymium oxides; Precursors

Indexed keywords

DEPOSITION; DIELECTRIC DEVICES; DIELECTRIC MATERIALS; DIELECTRIC PROPERTIES; MOS DEVICES; PRASEODYMIUM; RARE EARTH ELEMENTS; THIN FILMS;

ATOMIC LAYER DEPOSITION; GATE INSULATORS; LANTHANIDE OXIDES; METAL-ORGANIC CVD; PRASEODYMIUM OXIDES;

CHEMICAL VAPOR DEPOSITION;

EID: 33645555072     PISSN: 09481907     EISSN: 15213862     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/cvde.200500382     Document Type: Review

References (112)

1. International Technology Roadmap for Semiconductors, Semiconductors Industry Association, San Jose, CA, http://public.itrs.net (accessed May, 2002).
2. D. A. Muller, T. Sorsch, S. Moccio, F. H. Baumann, G. Timp, Nature 1999, 399, 758.
3. P. Packan, Science 1999, 285, 2079.
4. O. Lucovsky, J. G. Hong, C. C. Fulton, Y. Zou, R. J. Nemanich, H. Ade, D. G. Scholm, J. L. Freeouf, Phys. Status Solidi B 2004, 241, 2221.
5. G. Lucovsky, Microelectron. Retiab. 2003, 43, 1417.
6. T. M. Klein, D. Niu, W. S. Epling, W. Li, D. M. Maher, C. C. Hobbs, R. I. Hedge, I. J. R. Baumvol, G. N. Parsons. Appl. Phys. Lett. 1999, 75, 4001.
7. M. Copel, M. A. Gribelyuk, E. Gusev, Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 436.
8. B. H. Lee, L. Kang, R. Nieh, W. J. Qi, J. C. Lee, Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 1926.
9. G. D. Wilk, R. M. Wallace, Appl. Phys. Lett. 1999, 74, 2854.
10. G. D. Wilk, R. M. Wallace, Appl. Phys. Lett. 2000, 76, 112.
11. G. D. Wilk, M. L. Green, M.-Y. Ho, B. W. Busch, T. W. Sorsch, F. P. Klemens, B. Brijs, R. B. van Dover, A. Kornblit, T. Gustaffson, E. Garfunkel, S. Helleniius, D. Monroe, P. Kalavade, J. M. Hergenrother, Tech. Dig. VLSI Symp. (Eds: Y. Taur, K. Maeguchi) IEEE, Piscataway, NJ 2002, 88.
12. P. A. Marshall, R. J. Potter, A. C. Jones, P. R. Chalker, S. Taylor, G. W. Critchlow, S. A. Rushworth, Chem. Vap. Deposition, in press.
13. Y. H. Wu, M. Y. Yang, A. Chin, W. J. Chen, C. M. Kwei, IEEE Electron. Device Lett. 2000, 21, 341.
14. J. Robertson, J. Vac. Sci. Technol., B 2000, 18, 1785.
15. J. Kwo, M. Hong, A. R. Kortan, K. T. Queeney, Y. J. Cabal, J. P. Mannaerts, T. Boone, J. J. Krajewski, A. M. Sergent, J. M. Rosamilia, Appl. Phys. Lett. 2001, 77, 130.
16. J. A. Gupta, D. Landheer, J. P. McCaffrey, G. I. Sproule, Appl. Phys. Lett. 2001, 78, 1718.
17. M. D. Kannan, S. K. Narayandass, C. Balasubramanian, D. Mangalaraj, Phys. Status Solidi A 1991, 128, 427.
18. S. Jeon, K. Im, H. Yang, H. Lee, H. Sim, S. Choi, T. Jang, H. Hwang, IEDM Tech. Dig. (Eds: S. Ikeda, L. Lunardi, J. Weiser) IEEE, Piscataway, NJ 2001, 471.
19. S. Kimura, F. Arai, M. Ikezawa, J. Phys. Soc. Jpn. 2000, 69, 3451.
20. H. L. Wan, X. P. Zhou, W. Z. Weng, R. Q. Long, Z. S. Chao, W. D. Zhang, M. S. Chem, J. Z. Luo, S. Q. Zhou, Catal. Today 1999, 51, 161.
21. S. Chevalier, G. Bonnet, J. P. Larpin, Appl. Surf. Sci. 2000, 167, 125.
22. N. Horio, M. Hiramatsu, M. Nawata, K. Imaeda, T. Torii, Vacuum 1998, 51, 719.
23. C.-W. Nahm, J. Eur. Ceram. Soc. 2003, 23, 1345.
24. D. W. Hwang, J. S. Lee, W. Li, S. H. Oh, J. Phys. Chem. B 2003, 107, 4963.
25. C. Qiu, H. Chen, Z. Xie, M. Wong, H. S. Kwok, Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 3485.
26. H. J. Osten, J. P. Liu, P. Gaworzewski, E. Bugiel, P. Zaumseil, IEDM Tech. Dig. (Eds: M. Law, J. Hojt, S. Ikeda) IEEE, Piscataway, NJ 2000, 653.
27. G. Adachi, N. Imanaka, Chem. Rev. 1998, 98, 1479.
28. H. J. Osten, J. P. Liu, H. J. Mussig, Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 297.
29. L. R. Morss, Chem. Rev. 1976, 7, 827.
30. A. Goswami, A. P. Goswami, Thin Solid Films 1974, 20, S3.
31. T. Arakawa, A. Kabumoto, J. Shiokawa, Thin Solid Films 1984, 120, L69.
32. A. Goswami, A. P. Goswami, Thin Solid Films 1975, 27, 123.
33. E. J. Tarsa, J. S. Speck, McD. Robinson, Appl. Phys. Lett. 1993, 63, 539.
34. D. K. Fork, D. B. Fenner, T. H. Geballe, Appl. Phys. Lett. 1990, 68, 4316.
35. D. Wolffram, M. Ratzke, M. Kappa, M. J. Montenegro, M. Döbeli, T. Lippert, J. Reif, Mater. Sci. Eng. B 2004, 109, 24.
36. H. J. Mussig, J. Dabrowski, K. Ignatovich, J.-P. Liu, V. Zavodinsky, H. J. Osten, Surf. Sci. 2002, 504, 159.
37. J. P. Liu, P. Zaumseil, E. Bugiel, H. J. Osten, Appl. Phys. Lett. 2002, 79, 671.
38. H. J. Osten, J. P. Liu, H. J. Mussig, P. Zaumseil, Microelectron. Reliab. 2001, 41, 991.
39. H. J. Osten, E. Bugiel, A. Fissel, Solid-State Electron. 2003, 47, 2161.
40. B. H. Lee, L. Kang, W. J. Qi, R. Nieh, Y. Jeon, K. Onishi, J. C. Lee, IEDM Tech. Dig. (Eds: R. Kramer, S. Kohyama, R. Austin) IEEE, Piscataway, NJ 1999, p. 133.
41. W. J. Qi, R. Nieh, B. H. Lee, L. Kang, Y. Jeon, K. Onishi, T. Ngai, S. Banerjee, J. C. Lee, (Eds: R. Kramer, S. Kohyama, R. Austin) IEEE, Piscataway, NJ 1999, 145.
42. H. J. Osten, A. Fissel, H. J. Mussig, U. Schwalke, K. Boye, K. Haberle, R. Heller, G. Hess, G. Muller, T. Ruland, G. Tzschockel, Proc. ESSD ERC (Eds: G. Baccarani, E. Gnani, M. Rudan) University of Bologna, Bologna, Italy 2002, 407.
43. C. Wenger, J. Dabrowski, P. Zaumseil, R. Sorge, P. Formanek, G. Lippert, H. J. Mussig, Mater. Sci. Semicond. Proc. 2004, 7, 227.
44. H. O. Pierson, Handbook of Chemical Vapor Deposition, Noyes, Park Ridge, NJ 1992.
45. M. L. Hitchman and J. F. Jensen, Chemical Vapor Deposition: Principles and Applications, Academic Press, London 1993.
46. R. Lo Nigro, R. Toro, G. Malandrino, V. Raineri, I. L. Fragalà, Adv. Mater. 2003, 15, 1071.
47. R. Lo Nigro, V. Raineri, C. Bongiorno, R. Toro, G. Malandrino, I. L. Fragalà, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 129.
48. H. C. Aspinell, J. Gaskell, P. A. Williams, A. C. Jones, P. R. Chalker, P. A. Marshall, J. F. Bickley, L. M. Smith, G. W. Critchlow, Chem. Vap. Deposition 2003, 9, 235.
49. H. C. Aspinell, J. Gaskell, P. A. Williams, A. C. Jones, P. R. Chalker, P. A. Marshall, L. M. Smith, G. W. Critchlow, Chem. Vap. Deposition 2004, 10, 83.
50. S. Campbell, R. Smith, N. Hoilien, B. He, W. Gladfelter, Proc. MRS Workshop on High-κ Gate Dielectrics (Eds: G. Wilk, V. Misra) Materials Research Society, Pittsburgh, PA 2000, 9.
51. J. Lee, W. Qi, R. Nieh, B. Lee, L. Kang, K. Onishi, Y. Jeon, E. Dharmarjan, Proc. MRS Workshop on High-κ Gate Dielectrics (Eds: G. Wilk, V. Misra) Materials Research Society, Pittsburgh, PA 2000, 23.
52. G. Malandrino, R. Licata, F. Castelli, I. L. Fragalà, C. Benelli, Inorg. Chem. 1995, 54, 6233.
53. S. B. Turnipseed, R. M. Barkley: R. E. Siever, Inorg. Chem. 1991, 30, 1164.
54. G. Rossetto, A. Polo, F. Bentollo, M. Porchia, P. Zanella, Polyhedron 1992, 11, 979.
55. G. Malandrino, C. Benelli, F. Castelli, I. L. Fragalà, Chem. Mater. 1998, 10, 3434.
56. G. Malandrino, R. Lo Nigro, F. Castelli, I. L. Fragalà, C. Benelli, Chem. Vap. Deposition 2000, 6, 233.
57. K. D. Pollard, H. A. Jenkins, R. J. Puddephatt, Chem. Mater. 2000, 12, 701.
58. G. Malandrino, O. Incontro, F. Castelli, I. L. Fragalà, C. Benelli, Chem. Mater. 1996, 8, 1292.
59. G. Malandrino, M. Bettinelli, A. Speghini, I. L. Fragalà, Eur. J. Inorg. Chem. 2001, 1039.
60. R. Lo Nigro, G. Malandrino, I. L. Fragalà, Chem. Mater. 2001, 13, 4402.
61. R. Lo Nigro, R. Toro, G. Malandrino, I. L. Fragalà, Chem. Mater. 2003, 15, 1443.
62. G. Malandrino, I. L. Fragalà, P. Scardi, Chem. Mater. 1998, 10, 3765.
63. R. Lo Nigro, R. Toro, G. Malandrino, I. L. Fragalà, J. Electrochem. Soc. 2004, 151, F206.
64. J. M. Zhang, F. DiMeo Jr, B. W. Wessels, D. L. Schultz, T. J. Marks, J. L. Schindler, C. R. Kanerwurf, J. Appl. Phys. 1992, 71, 2769.
65. S. B. Turnipseed, R. M. Barkley, R. E. Sievers. Inorg. Chem. 1991, 30, 1164.
66. T. J. Marks, Pure Appl. Chem. 1995, 67, 313.
67. S. Liang, C. S. Chern, Z. Q. Shi, P. Lu, J. Cryst. Growth 1995, 151, 359.
68. H. A. Luten, W. S. Rees Jr, V. L. Goedkend, Chem. Vap. Deposition 1996, 2, 149.
69. K. J. Eisentraut, R. E. Sievers, J. Am. Chem. Soc. 1965, 87, 5254.
70. D. C. Bradley, R. C. Mehrotra, D. P. Gaur, Metal Alkoxides, Academic Press, New York 1978.
71. Y. Takahishi, T. Kawae, M. Nasu, J. Cryst. Growth 1986, 74, 409.
72. S. Pakswer, P. Skoug, in Thin Dieletric Films Made by Oxygen-Assisted Pyrolysis of Alkoxides (Eds: J. Blocher, J. C. Wither) The Electrochemical Society, Los Angeles, CA, 1970, p. 619.
73. D. C. Bradley, Chem. Rev. 1989, 89, 1317.
74. W. A. Herrmann, N. W. Huber, O. Runte, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1995, 34, 2187.
75. P. A. Williams, J. L. Roberts, A. C. Jones, P. R. Chalker, N. L. Tobin, J. F. Bickley, H. O. Davies, L. M. Smith, T. J. Leedham, Chem. Vap. Deposition 2002, 8, 163.
76. S. Taylor, P. A. Williams, J. L. Roberts, A. C. Jones, P. R. Chalker, IEEE Electron. Lett. 2002, 38, 1285.
77. S. Hori, K. Yamamoto, M. Asai, H. Miya, M. Niwa, Jpn. J. Appl. Phys., Part 1 2003, 42, 5176.
78. H. C. Aspinall, J. Gaskell, P. A. Williams, A. C. Jones, P. R. Chalker, P. A. Marshall, L. M. Smith, G. W. Critchlow, Chem. Vap. Deposition 2004, 10, 13.
79. D. C. Bradley, J. S. Ghotra, F. A. Hart, J. Chem. Soc., Dalton Trans. 1973, 1021.
80. A. C. Jones, J. Mater. Chem. 2002, 12, 2576.
81. A. C. Jones, J. Mater. Chem. 2004, 14, 3101.
82. J. L. Roberts, P. A. Marshall, A. C. Jones, P. R. Chalker, J. F. Bickley, P. A. Williams, S. Taylor, L. M. Smith, G. W. Critchlow, M. Schumacher, J. Lindner, J. Mater. Chem. 2004, 14, 391.
83. R. G. Haier, L. Eyring, Handbook on the Physics and Chemistry of the Rare Earths, North-Holland, Amsterdam 1994.
84. Z. C. Kang, L. Eyring, J. Alloys Compd. 1998, 275, 721.
85. L. Eyring, N. C. Baenziger, J. Appl. Phys. 1962, 33, 428.
86. Joint Committee of Powder Diffraction Standards, PDF Card 24-1006.
87. Joint Committee of Powder Diffraction Standards, PDF Card 42-1122.
88. 3 reflections have been calculated considering a = 11.13 Å [33].
89. R. Lo Nigro, R. G. Toro, G. Malandrino, G. G. Condorelli, V. Raineri, I. L. Fragalà, Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 838.
90. H. Ogasawara, A. Kotani, R. Potze, G. A. Sawatzky, B. T. Thole, Phys. Rew. B 1991, 44, 5465.
91. J. X. Wu, Z. M. Wang, F. Q. Li, M. S. Ma, Appl. Surf. Sci. 2004, 225, 229.
92. S. Lütkehoff, M. Neumann, A. Slebarski, Phys. Rev. B 1995, 52, 13 808.
93. G. F. Cerefolini, C. Galati, S. Lorenti, L. Renna, O. Viscuso, C. Bongiorno, V. Raineri, C. Spinella, G. G. Condorelli, I. L. Fragalà, A. Terrasi, Appl. Phys. A 2003, 77, 403.
94. D. Schmeisser, H. J. Mussig, Solid-State Electron. 2003, 46, 1607.
95. J. F. Malder, W. F. Stickel, P. E. Sobol, K. D. Bomben, Handbook of X-Ray Photoelectron Spectroscopy, Perkin-Elmer, Eden Prairie, MN 1992.
96. G. F. Cerefolini, C. Galati, L. Renna, O. Viscuso, M. Cammalleri, S. Lorenti, G. G. Condorelli, I. L. Fragalà, J. Phys. D: Appl. Phys. 2002, 35, 1032.
97. F. J. Himpsel, F. R. McFeely, A. Taleb-Ibrahimi, J. A. Yarnoff, G. Hailinper, Phys. Rev. B 1988, 38, 6084.
98. D. D. Sarma, C. N. R. Rao, J. Electron. Spectrosc. Relat. Phenom. 1980, 20, 25.
99. V. Bolis, G. Magnacca, C. Carrato, C. Morterra, Thermochim. Acta 2001, 379, 147.
100. T. Gouguosi, D. Niu, R. W. Ashcraft, G. N. Parson, Appl. Phys. Lett. 2003, 83, 3543.
101. J. J. Chambers, G. N. Parson, J. Appl. Phys. 2001, 90, 918.
102. S. Jeon, H. Hwang, J. Appl. Phys. 2003, 93, 6293.
103. S. M. Sze, VLS Technology, Chap. 3, McGraw-Hill International Editions, New York 1988.
104. R. Lo Nigro, R. G. Toro, G. Malandrino, P. Fiorenza, V. Raineri, I. L. Fragalà, Mater. Sci. Eng. B, 2005, 118, 117.
105. R. Lo Nigro, R. G. Toro, O. Malandrino, V. Raineri, I. L. Fragalà, Proc. ESSD ERC (Eds: J. Franca, P. Freitas) IEEE, Piscataway, NJ 2003, 375.
106. A. Abrutis, A. Bartasyte, A. Teiserskis, Z. Saltyte, P. K. Baumann, M. Schumacher, J. Lindner, T. McEntee, in Mater. Res. Soc. Symp. Proc. (Eds: J. Morais, M. Houssa, D. Landheer, R. M. Wallace) Vol. 811, Materials Research Society, Pittsburgh, PA 2004.
107. J. P. Senateur, F. Weiss, O. Thomas, R. Madar, A. Abrutis, FR Patent 2707671, 1995.
108. b) J. P. Senateur, F. Weiss, O. Thomas, R. Madar, A. Abrutis, US Patent 5945162, 1999.
109. J. P. Senateur, A. Abrutis, F. Felten, F. Weiss, O. Thomas, R. Madar, in Advances in Inorganic Films and Coatings (Ed: P. Vicenzini) Techna srl., Italy, 1995, pp.161-166.
110. K. Kukli, M. Ritala, T. Pilvi, T. Sajavaara, M. Leskela, A. C. Jones, H. C. Aspinall, D. C. Gilmer, P. J. Tobin, Chem. Mater. 2004, 16, 5162.
111. U. Kolitsch, H. J. Seifert, F. Aldinger, Solid State Chem. 1995, 120, 38.
112. Joint Committee of Powder Diffraction Standards, PDF Card 23-1389.