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随着MOSFETs的尺寸不断缩小,二氧化硅的厚度也随之不断减小,但当其物理厚度接近1nm时会有明显的量子遂穿效应。为了避免量子遂穿,需要使用高k材料来取代传统的SiO2栅介质,这样可以在保持可靠的物理厚度下,依然具有良好的器件性能。高k材料作为栅介质SiO2的替代者备受关注,且铪基高k材料已经被成功利用在半导体工艺中。铪基高k材料由于其具有较高的介电常数、较高的结晶温度、较好的热稳定性以及合适的禁带宽度等特性,吸引了越来越多的学者对其进行研究,从而成为一个热门的研究领域。MOSFETs工艺中,退火是必不可少的一道工艺。由于退火后会对薄膜的结构产生影响,从而改变其电学特性。所以本文主要研究了不同退火条件对高k材料的物性影响。利用XRD、XPS、SEM、AFM和Raman等分析测试手段对薄膜进行结构表征;测试薄膜的CV和IV电学特性,分析了其电容值、平带电压和漏电流。首先利用原子层沉积系统(ALD)沉积了超薄的HfO2薄膜,先后分别在不同退火温度和退火气氛下进行退火处理,研究HfO2薄膜的结构和电学特性在不同退火条件下的变化;再利用双离子束沉积系统(DIBSD)制备了HfTaO薄膜,并对其进行退火处理,研究退火对其结构和电学特性的影响。实验及测试分析:(1)利用ALD沉积HfO2薄膜后在不同退火温度下退火,研究了退火温度对HfO2薄膜的结构及电学特性的影响;(2)在不同退火气氛下对ALD制备的HfO2薄膜进行退火,在氮气中退火后的薄膜有少量的氮被掺入到HfO2薄膜中,具有较佳的稳定性和电学特性,且薄膜中缺陷少;(3)采用DIBSD制备的HfO2掺杂Ta元素的HfTaO薄膜的结晶温度要远高于纯HfO2的结晶温度,退火后薄膜的电容值虽然有所减小,但是氧化层缺陷得到一定的消除,且漏电流也减小,薄膜致密性增强。