Study of the La-related dipole in TiN/LaOx/HfSiON/SiON/Si gate stacks using hard X-ray photoelectron spectroscopy and backside medium energy ion scattering

Autor: F. Bertin, Olivier Renault, C. Dubourdieu, Blanka Detlefs, F. Pierre, Eugénie Martinez, R. Boujamaa, S. Baudot, Mickael Gros-Jean, Jörg Zegenhagen
Přispěvatelé: Laboratoire des matériaux et du génie physique (LMGP ), Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives - Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (CEA-LETI), Direction de Recherche Technologique (CEA) (DRT (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), STMicroelectronics [Crolles] (ST-CROLLES), Quantronics Group (QUANTRONICS), Service de physique de l'état condensé (SPEC - UMR3680), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL), École Centrale de Lyon (ECL), Université de Lyon-Université de Lyon-Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL), Université de Lyon-École supérieure de Chimie Physique Electronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology (Grenoble INP )-Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université de Lyon-École Supérieure de Chimie Physique Électronique de Lyon (CPE)-Institut National des Sciences Appliquées de Lyon (INSA Lyon), Université de Lyon-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Rok vydání: 2015
Předmět:
Zdroj: Applied Surface Science
Applied Surface Science, Elsevier, 2015, 335, pp.71-77. ⟨10.1016/j.apsusc.2015.02.022⟩
Applied Surface Science, 2015, 335, pp.71-77. ⟨10.1016/j.apsusc.2015.02.022⟩
ISSN: 0169-4332
Popis: International audience; In this paper, we report the effect of high temperature annealing on the chemical and electronic structure of technologically relevant TiN/LaOx/HfSiON/SiON/Si gate stacks. Using medium energy ion scattering from the backside of the samples, a non-destructive compositional depth profile of La has been obtained, revealing the lanthanum diffusion in the SiON interface layer upon annealing. To complement this analysis, hard X-ray photoelectron spectroscopy with synchrotron radiation has been performed to investigate the chemical and electronic structure of the gate stacks. The results show clear changes in the Hf and Ti core level energy positions with respect to Si bulk, with changes in the thickness of the LaOx capping layer. We infer that La diffusion generates an internal electrical field at the La-silicate interface between HfSiON and SiON, and that its strength increases with the increase of LaOx thickness. These findings support the band alignment model based on a La-induced interfacial dipole.
Databáze: OpenAIRE
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