Explore full metrics on Scilit
(Calculated once Scilit publication data is synced: current year − year of first publication + 1)
<mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>SiO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>SiO2 to materials of higher dielectric constant also known as high- <mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math>k materials such as hafnium oxide <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>HfO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>(HfO2) and aluminum oxide <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>Al</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>(Al2O3) . These high- <mml:math display="inline"><mml:mi>k</mml:mi></mml:math>k materials are projected to replace silicon oxide <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mrow><mml:mo>(</mml:mo><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>SiO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow><mml:mo>)</mml:mo></mml:mrow></mml:mrow></mml:math>(SiO2) . In order to address the complex process integration and reliability issues, it is important to investigate the mechanical properties of these dielectric materials in addition to their electrical properties. In this study, <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>HfO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>HfO2 and <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>Al</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>Al2O3 have been fabricated using atomic layer deposition (ALD) on (100) p-type Si wafers. Using nanoindentation and the continuous stiffness method, we report the elastomechanical properties of <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>HfO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>HfO2 and <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>Al</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>Al2O3 on Si. ALD <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>HfO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>HfO2 thin films were measured to have a hardness of <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>9.5</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="0.5em"></mml:mspace><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math>9.5±2GPa and a modulus of <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>220</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mspace width="0.5em"></mml:mspace><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math>220±40GPa , whereas the ALD <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>Al</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>Al2O3 thin films have a hardness of <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>10.5</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>2</mml:mn><mml:mspace width="0.5em"></mml:mspace><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math>10.5±2GPa and a modulus of <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:mn>220</mml:mn><mml:mo>±</mml:mo><mml:mn>40</mml:mn><mml:mspace width="0.5em"></mml:mspace><mml:mtext>GPa</mml:mtext></mml:mrow></mml:math>220±40GPa . The two materials are also distinguished by very different interface properties. <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>HfO</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>HfO2 forms a hafnium silicate interlayer, which influences its nanoindentation properties close to the interface with the Si substrate, while <mml:math display="inline"><mml:mrow><mml:msub><mml:mrow><mml:mtext>Al</mml:mtext></mml:mrow><mml:mrow><mml:mn>2</mml:mn></mml:mrow></mml:msub><mml:msub><mml:mi mathvariant="normal">O</mml:mi><mml:mrow><mml:mn>3</mml:mn></mml:mrow></mml:msub></mml:mrow></mml:math>Al2O3 does not exhibit any interlayer.