随着集成电路的持续发展,MOSFET器件性能亟需进一步的改进提高,高迁移率沟道材料(如Ge和III-V族化合物半导体)代替传统Si衬底为器件性能的改进提供了可行途径。在各种高迁移率衬底中,Ge具有最高的空穴迁移率(1900cm2/V·s),且与其电子迁移率具有较好的对称性,是最具有应用前景的高迁移率衬底之一。但与传统Si衬底相比,Ge衬底的氧化物GeO2热稳定性较差,高温下会与Ge衬底反应生成挥发性的GeO,使得GeMOS器件的界面质量恶化,从而严重退化其器件性能。这己成为限制GeMOS器件应用最为关键的问题。本文基于最近几年GeMOS界面研究中较为火热的稀土氧化物材料,为有效改善GeMOS器件的界面质量,从稀土氧化物与Ge衬底界面形成机理、高k介质层对界面质量的退化原理、稀土氧化物界面钝化层应用及进一步改进、稀土氧化物的改性等方面进行了一系列有意义的研究工作。首先,通过比较La203和Y2O3两种不同的稀土氧化物与Ge衬底形成的界面,研究了稀土氧化物与Ge衬底的界面形成原理。通过研究发现,相对于Y2O3,La2O3与Ge衬底的反应更为强烈,界面处形成更厚更稳定的锗酸盐界面层,从而可以与Ge衬底形成质量更好的界面。并进一步研究了 La2O3和Y2O3中N的掺入对锗酸盐形成及界面质量的影响,发现N的掺入可以有效抑制Ge和O的扩散,从而在抑制La2O3与Ge衬底界面处LaGeOx形成的同时,也抑制了 GeOx的形成。因此LaON与Ge衬底表现出非常良好的界面质量(Dit= 4.96×l011 cm-2eV-1),是非常优异的GeMOS界面钝化材料。基于上述研究结果,采用LaON作为界面钝化层,HfO2作为高k介质层,制备了HfO2/LaON/Ge叠层MOS电容,发现LaON界面钝化层的加入有效改善了 HfO2/Ge界面质量,但相对于没有Hf02高k层的LaON/Ge界面,界面质量明显退化(Dit =8.02×1011 eV-1cm-2)。因此通过LaON和YON两种不同的界面钝化层研究了 HfO2高无层对于界面的退化机理,并设计了 YON/LaON和TaON/LaON两种双界面钝化层方案,来进一步改善界面质量。相对而言TaON可以更有效的减小HfO2对LaON/Ge界面的影响,从而获得近乎理想的高质量LaON/Ge界面(Dit=5.32×l011cm-2eV-1)。此外,还从HfO2高灸层的改进入手研究了进一步改善HfO2/LaON/Ge叠层界面质量的方案。通过N和Ta的掺入及F等离子处理对Hf02进行改进,从而有效减小Hf基高k层对界面的影响。研究结果表明N和Ta的掺入可以有效改善HfO2质量,提高薄膜致密性,同时有效抑制Hf向界面层的扩散,减小LaHfOx和HfGeOx的形成,因此可以有效减小Hf基高k介质对LaON/Ge界面的影响,从而获得了与前面相近的高质量界面(Dit=5.77×l011cm-2eV-1)。而F等离子体处理可以在HfO2中形成稳定的Hf-F键,从而抑制Hf的扩散并减小HfO2对LaON/Ge界面的影响,因此对界面质量也具有进一步的改善作用。最后,利用Ta掺入对LaON吸潮特性的改善,研究了 LaTaON这一可直接用作Ge MOS栅介质的新型高k材料。研究表明Ta的掺入可以极大的改善LaON的吸潮特性,同时保持与Ge衬底形成的良好界面。以LaTaON作为GeMOS器件的栅介质,可以获得非常良好的电学及界面特性,是GeMOS器件中非常具有应用前景的高k栅介质材料。