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Optical, structural and electrical characterizations of stacked Hf-based and silicon nitride dielectrics

Authors :
Abdelillah Slaoui
Caroline Bonafos
Pascal Normand
Fabrice Gourbilleau
Larysa Khomenkova
V.E. Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics
National Academy of Sciences of Ukraine (NASU)
Institute of Nanoscience and Nanotechnology (INN)
National Center for Scientific Research 'Demokritos' (NCSR)
Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique (CIMAP - UMR 6252)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (ICube)
Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Réseau nanophotonique et optique
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Matériaux et nanosciences d'Alsace (FMNGE)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES)
Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599)
Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
ANR-07-NANO-0022,NOMAD,naNOcristaux dans des Matrices à forte constAnte Diélectrique(2007)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg (ENGEES)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg (INSA Strasbourg)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National de Recherche en Informatique et en Automatique (Inria)-Les Hôpitaux Universitaires de Strasbourg (HUS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Matériaux et Nanosciences Grand-Est (MNGE)
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg (UNISTRA)-Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar (Université de Haute-Alsace (UHA))-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Strasbourg (UNISTRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT)
Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3)
Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP)
Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Lashkaryov Institute of Semiconductor Physics
INN/NCSR Demokritos
Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique ( CIMAP - UMR 6252 )
Université de Caen Normandie ( UNICAEN )
Normandie Université ( NU ) -Normandie Université ( NU ) -Ecole Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen ( ENSICAEN )
Normandie Université ( NU ) -Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives ( CEA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie ( ICube )
Institut National des Sciences Appliquées - Strasbourg ( INSA Strasbourg )
Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -École Nationale du Génie de l'Eau et de l'Environnement de Strasbourg ( ENGEES ) -Réseau nanophotonique et optique
Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar ( Université de Haute-Alsace (UHA) ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar ( Université de Haute-Alsace (UHA) ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Matériaux et nanosciences d'Alsace
Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Université de Haute-Alsace (UHA) Mulhouse - Colmar ( Université de Haute-Alsace (UHA) ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS ) -Université de Strasbourg ( UNISTRA ) -Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale ( INSERM )
Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales ( CEMES )
Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse ( INSA Toulouse )
Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Institut National des Sciences Appliquées ( INSA ) -Université Paul Sabatier - Toulouse 3 ( UPS ) -Centre National de la Recherche Scientifique ( CNRS )
ANR-07-NANO-0022,NANO,naNOcristaux dans des Matrices à forte constAnte Diélectrique ( 2007 )
Source :
Thin Solid Films, Thin Solid Films, Elsevier, 2016, 617, pp.143. ⟨10.1016/j.tsf.2016.04.036⟩, Thin Solid Films, 2016, 617, pp.143. ⟨10.1016/j.tsf.2016.04.036⟩, Thin Solid Films, Elsevier, 2016, 617, pp.143. 〈10.1016/j.tsf.2016.04.036〉
Publication Year :
2016
Publisher :
HAL CCSD, 2016.

Abstract

International audience; High-k stacked dielectric structures were fabricated by a combination of RF magnetron sputtering and plasma-enhanced chemical vapor deposition. Their structural properties were studied versus deposition and annealing conditions by means of attenuated total reflection and high-resolution transmission electron microscopy techniques. All samples demonstrated smoothed surface (with a roughness below 1 nm) and abrupt interfaces between the different stacked layers. No crystallization of Hf-based layers was observed after annealing at 800 °C for 30 min, demonstrating their amorphous nature and phase stability upon annealing. Uniform capacitance–voltage characteristics were measured along the wafers for all stacks. Besides, after round-voltage sweep they demonstrate significant flat-band voltage hysteresis due to charging of the stack caused by carrier injection from the substrate. These phenomena were found to be more pronounced for the stacks with pure HfO2 layers. The stacked structures were implemented for the formation of Ge nanocrystals by means of ion implantation followed by the thermal treatment mentioned above. It was found that the spatial distribution of Ge crystallites in stacked dielectrics affects significantly their electrical properties including the trapping of charge.

Details

Language :
English
ISSN :
00406090
Database :
OpenAIRE
Journal :
Thin Solid Films, Thin Solid Films, Elsevier, 2016, 617, pp.143. ⟨10.1016/j.tsf.2016.04.036⟩, Thin Solid Films, 2016, 617, pp.143. ⟨10.1016/j.tsf.2016.04.036⟩, Thin Solid Films, Elsevier, 2016, 617, pp.143. 〈10.1016/j.tsf.2016.04.036〉
Accession number :
edsair.doi.dedup.....9c9b9a491629c0b869326e59533e1dd1
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.tsf.2016.04.036⟩