Stabilization of tetragonal HfO 2 under low active oxygen source environment in atomic layer deposition

Chemistry of Materials

Volumn 24, Issue 18, 2012, Pages 3534-3543

  Cho, Deok Yong ^a   Jung, Hyung Suk ^b   Yu, Il Hyuk ^b   Yoon, Jung Ho ^b   Kim, Hyo Kyeom ^b   Lee, Sang Young ^b   Jeon, Sang Ho ^b   Han, Seungwu ^b   Kim, Jeong Hwan ^b   Park, Tae Joo ^c   Park, Byeong Gyu ^d   Hwang, Cheol Seong ^b  

^a RWTH AACHEN UNIVERSITY   (Germany)

^b Seoul National University   (South Korea)

^c Hanyang University   (South Korea)

^d Pohang University of Science and Technology (POSTECH)   (South Korea)

Author keywords

annealing; atomic layer deposition; carbonate; HfO 2; ozone; tetragonal

Indexed keywords

ACTIVE OXYGEN; AS-GROWN; C ATOMS; FINE STRUCTURES; HFO 2; LOCAL ATOMIC STRUCTURES; MONOCLINIC STRUCTURES; NANO SCALE; OXYGEN SOURCES; OXYGEN STOICHIOMETRY; OZONE; OZONE CONCENTRATION; OZONE GAS; OZONE SUPPLY; POST DEPOSITION ANNEALING; REFLECTOMETRY; TETRAGONAL; TETRAGONAL CRYSTAL STRUCTURE; TETRAGONAL HFO; TETRAGONAL STRUCTURE; XAFS;

ATOMIC LAYER DEPOSITION; CARBONATES;

ANNEALING;

EID: 84866677563     PISSN: 08974756     EISSN: 15205002     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/cm3001199     Document Type: Article

References (53)

1. Wilk, G. D.; Wallace, R. M.; Anthony, J. M. J. Appl. Phys. 2001, 89, 5243
2. http://www.intel.com/content/dam/doc/guide/gate-dielectric-scaling-for- cmos-guide.pdf (accessed Sep. 5, 2012).
3. Sherman, A.. Atomic Layer Deposition for Nanotechnology; Ivoryton Press: Ivoryton, CT, 2008.
4. Ritala, M; Leskelä, M. In Handbook of Thin Film Materials, Vol. 1; Nalwa, H. S., Ed.; Academic Press: San Diego, CA, 2001; pp 103-156.
5. Houssa, M., Ed. High k Gate Dielectrics, Series in Material Science and Engineering; Institute of Physics: Philadelphia, PA, 2004.
6. Gusev, E. P., Ed. Defects in High-k Gate Dielectric Stacks: Nano-Electronic Semiconductor Devices; Springer: New York, NY, 2006.
7. Gutowski, M.; Jaffe, J. E.; Liu, C.-L.; Stoker, M.; Hegde, R. I.; Rai, R. S.; Tobin, P. J. Appl. Phys. Lett. 2002, 80, 1897
8. Ribes, G.; Mitard, J.; Denais, M.; Bruyere, S.; Monsieur, F.; Parthasarathy, C.; Vincent, E.; Ghibaudo, G. IEEE Trans. Device Mater. Reliab. 2005, 5, 5-19
9. Peacock, P. W.; Robertson, J. Phys. Rev. Lett. 2004, 92, 57601
10. Cho, M.; Jeong, D. S.; Park, J.; Park, H. B.; Lee, S. W.; Park, T. J.; Hwang, C. S.; Jang, G. H.; Jeong, J. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 5953
11. Triyoso, D. H.; Hegde, R. I.; White, B. E.; Tobin, P. J. J. Appl. Phys. 2005, 97, 124107
12. Schaeffer, J.; Edwards, N. V.; Liu, R.; Roan, D.; Hradsky, B.; Gregory, R.; Kulik, J.; Duda, E.; Contreras, L.; Christiansen, J.; Zollner, S.; Tobin, P.; Nguyen, B.-Y.; Nieh, R.; Ramon, M.; Rao, R.; Hegde, R.; Rai, R.; Baker, J.; Voight, S. J. Electrochem. Soc. 2003, 150, F67-F74
13. Takahashi, K.; Funakubo, H.; Hino, S.; Nakayama, M.; Ohashi, N.; Kiguchi, T.; Tokumitsu, E. J. Mater. Res. 2004, 19, 584-589
14. Cho, M.; Degraeve, R.; Pourtois, G.; Delabie, A.; Ragnarsson, L.-A.; Kauerauf, T.; Groeseneken, G.; de Gendt, S.; Heyns, M.; Hwang, C. S. IEEE Trans. Electron Devices 2007, 54, 752
15. Cho, M.; Kim, J. H.; Hwang, C. S.; Ahn, H.-S.; Han, S.; Won, J. Y. Appl. Phys. Lett. 2007, 90, 182907
16. Jung, H. S.; Jeon, S. H.; Kim, H. K.; Yu, I.-H.; Lee, S. Y.; Lee, J.; Chung, Y. J.; Cho, D.-Y.; Lee, N.-I.; Park, T. J.; Choi, J.-H.; Han, S.; Hwang, C. S. ECS J. Solid State Sci. Technol. 2012, 1, N33-N37
17. Park, J.; Park, T. J.; Cho, M.; Kim, S. K.; Hong, S. H.; Kim, J. H.; Seo, M.; Hwang, C. S.; Won, J. Y.; Jeong, R.; Choi, J.-H. J. Appl. Phys. 2006, 99, 094501
18. Cho, D.-Y.; Min, C.-H.; Kim, J.; Oh, S.-J.; Kim, M. G. Appl. Phys. Lett. 2006, 89, 253510
19. Kim, J. H.; Park, T. J.; Cho, M.; Jang, J. H.; Seo, M.; Na, K. D.; Hwang, C. S.; Won, J. Y. J. Electrochem. Soc. 2009, 156, G48-G52
20. Ho, M.-Y.; Gong, H.; Wilk, G. D.; Busch, B. W.; Green, M. L.; Voyles, P. M.; Muller, D. A.; Bude, M.; Lin, W. H.; See, A.; Loomans, M. E.; Lahiri, S. K.; Räisänen, P. I. J. Appl. Phys. 2003, 93, 1477
21. Mukhopadhyay, A. B.; Musgrave, C. B.; Sanz, J. F. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 11996-12006
22. Park, T. J.; Kim, J. H.; Jang, J. H.; Kim, U. K.; Lee, S. Y.; Lee, J.; Jung, H. S.; Hwang, C. S. Chem. Mater. 2011, 23, 1654-1658
23. Jung, H.-S.; Kim, H. K.; Yu, I.-H.; Lee, S. Y.; Lee, J.; Park, J.; Jang, J. H.; Jeon, S.-H.; Chung, Y. J.; Cho, D.-Y.; Lee, N.-I.; Park, T.-J.; Choi, J.-H.; Hwang, C. S. J. Electrochem. Soc. 2012, 159, G33-G39
24. Cho, D.-Y.; Park, T. J.; Na, K. D.; Kim, J. H.; Hwang, C. S. Phys. Rev. B 2008, 78, 132102
25. Cho, D.-Y.; Jung, H.-S.; Hwang, C. S. Phys. Rev. B 2010, 82, 094104
26. Zhao, X.; Vanderbilt, D. Phys. Rev. B 2002, 65, 233106
27. Boscke, T. S.; Muller, J.; Brauhaus, D.; Schroder, U.; Bottger, U. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 102903
28. Mueller, S.; Mueller, J.; Singh, A.; Riede, S.; Sundqvist, J.; Schroeder, U.; Mikolajick, T. Adv. Funct. Mater. 2012, 10.1002/adfm.201103119
29. Garcia, J. C.; Scolfaro, L. M. R.; Leite, J. R.; Lino, A. T.; Freire, V. N.; Farias, G. A.; da Silva, E. F., Jr. Appl. Phys. Lett. 2004, 85, 5022
30. Stern, E. A.; Newville, M.; Ravel, B.; Yacoby, Y.; Haskel, D. Phys. B 1995, 208-209, 117
31. Park, T. J.; Chung, K. J.; Kim, H.-C.; Ahn, J.; Wallace, R. M.; Kim Electrochem. Solid-State Lett. 2010, 13, G65-G67
32. Lee, C.-K.; Cho, E.; Lee, H.-S.; Hwang, C. S.; Han, S. Phys. Rev. B 2008, 78, 012102
33. Kwon, D.-H.; Kim, K. M.; Jang, J. H.; Jeon, J. M.; Lee, M. H.; Kim, G. H.; Li, X.-S.; Park, G.-S.; Lee, B.; Han, S.; Kim, M.; Hwang, C. S. Nat. Nanotechnol. 2010, 5, 148-153
34. Cho, D.-Y.; Lee, J.-M.; Oh, S.-J.; Jang, H.; Kim, J.-Y.; Park, J.-H.; Tanaka, A. Phys. Rev. B 2007, 76, 165411
35. Cho, D.-Y.; Jung, H.-S.; Kim, J. H.; Hwang, C. S. Appl. Phys. Lett. 2010, 97, 141905
36. Cho, D.-Y.; Kim, J. H.; Na, K. D.; Song, J.; Hwang, C. S.; Park, B.-G.; Kim, J.-Y.; Min, C.-H.; Oh, S.-J. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 261903
37. Kucheyev, S. O.; van Buuren, T.; Baumann, T. F.; Satcher, J. H., Jr.; Willey, T. M.; Meulenberg, R. W.; Felter, T. E.; Poco, J. F.; Gammon, S. A.; Terminello, L. J. Phys. Rev. B 2004, 69, 245102
38. Yang, B. X.; Kirz, J.; Sham, T. K. Phys. Lett. 1985, 110A, 301-304
39. Wang, Y.; Wang, H.; Zhang, J.; Wang, H.; Ye, C.; Jiang, Y.; Wang, Q. Appl. Phys. Lett. 2009, 95, 032905
40. Tanuma, S.; Powell, C. J.; Penn, D. R. Surf. Sci. Lett. 1987, 192, L849
41. Cho, D.-Y.; Oh, S.-J.; Chang, Y. J.; Noh, T. W.; Jung, R.; Lee, J.-C. Appl. Phys. Lett. 2006, 88, 193502
42. Cho, D.-Y.; Park, K.-S.; Choi, B.-H.; Oh, S.-J.; Chang, Y. J.; Kim, D. H.; Noh, T. W.; Jung, R.; Lee, J.-C.; Bu, S. D. Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 041913
43. Johnston, E. E.; Ratner, B. D. J. Electron Spectrosc. Relat. Phenom. 1996, 81, 303-317
44. Ye, C.; Wang, Y.; Zhang, J.; Zhang, J.; Wang, H.; Jiang, Y. Appl. Phys. Lett. 2011, 99, 182904
45. Moulder, J. F.; Stickle, W. F.; Sobol, P. E.; Bomben, K. D. Handbook of X-ray Photoelectron Spectroscopy, 2 nd ed.; Physical Electronics, Inc.: Chanhassen, MN, 1995.
46. Daillant, J.; Gibaud, A., Ed.; X-ray and Neutron Reflectivity, Principles and Applications Series; Springer: New York, NY, 2009.
47. Olivier, S.; Ducéré, J. M.; Mastail, C.; Landa, G.; Estève, A.; Rouhani, M. D. Chem. Mater. 2008, 20, 1555-1560
48. Höchst, H.; Steiner, P.; Hüfner, S.; Politis, C. Z. Phys. B 1980, 37, 27-31
49. Seo, M.; Kim, S. K.; Min, Y.-S.; Hwang, C. S. J. Mater. Chem. 2011, 21, 18497-18502
50. Seo, M.; Kim, S. K.; Han, J. H.; Hwang, C. S. Chem. Mater. 2010, 22, 4419
51. Tang, J.; Zhang, F.; Zoogman, P.; Fabbri, J.; Chan, S.-W.; Zhu, Y.; Brus, L. E.; Steigerwald, M. L. Adv. Funct. Mater. 2005, 15, 1595-1602
52. Hedge, R. I.; Triyoso, D. H.; Samavedam, S. B.; White, B. E., Jr. J. Appl. Phys. 2007, 101, 074113
53. Jung, H.-S.; Jang, J. H.; Cho, D.-Y.; Jeon, S.-H.; Kim, H. K.; Lee, S. Y.; Hwang, C. S. Electrochem. Solid-State Lett. 2011, 14, G17-G19