Decoupling the sequence of dielectric breakdown in single device bilayer stacks by radiation-controlled, spatially localized creation of oxide defects

Abstract

The breakdown (BD) sequence in high-K/interfacial layer (HK/IL) stacks for time-dependent dielectric breakdown (TDDB) has remained controversial for sub-45 nm CMOS nodes, as many attempts to decode it were not based on proper experimental methods. Know-how of this sequence is critical to the future design for reliability of FinFETs and nanosheet transistors. We present here the use of radiation fluence as a tool to precisely tune the defect density in the dielectric layer, which jointly with the statistical study of the soft, progressive and hard BD, allow us to infer the BD sequence using a single HfO2–SiOx bilayered MOS structure.Fil: Aguirre, Fernando Leonel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; ArgentinaFil: Ranjan, Alok. Singapore University of Technology and Design ; SingapurFil: Raghavan, Nagarajan. Singapore University of Technology and Design ; SingapurFil: Padovani, Andrea. Applied Materials—MDLx; ItaliaFil: Pazos, Sebastián Matías. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; ArgentinaFil: Vega, Nahuel Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Müller, Nahuel Agustín. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Debray, Mario Ernesto. Comisión Nacional de Energía Atómica; ArgentinaFil: Molina Reyes, Joel. Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica; MéxicoFil: Pey, Kin-Leong. Singapore University of Technology and Design; SingapurFil: Palumbo, Félix Roberto Mario. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina. Universidad Tecnológica Nacional. Facultad Regional Buenos Aires. Unidad de Investigación y Desarrollo de las Ingenierías; Argentin