伴随着CMOS器件的持续缩小,传统的栅介质材料SiO2由于不可接受的隧穿漏电流和本身可靠性的问题,导致其继续作为栅介质材料的应用达到了物理极限。高介电常数材料由于其能够保持等效氧化层厚度不变的情况下,增加栅介质层的物理厚度,从而大大减小直接隧穿效应和提高栅介质承受电场的强度成为近些年来研究的热点。近些年来,在众多High-K材料中,HfO2以其相对较高的介电常数(k～25),宽禁带宽度(>5eV)以及与硅之问合适的导带偏移(>1eV),无论是在基础研究还是产业应用中,一直吸引着人们的眼球。本文采用磁控溅射的方法制备HfO2栅介质薄膜,并且分别采用Pt和TiN作为金属栅电极制备成Pt/HfO2/Si或TiN/HfO2/Si MOS电容器。深入研究了长时间退火与快速退火两种热处理方式以及溅射气氛为不同的氮氩比和氧氩比对HfO2薄膜结构和电学性能的影响。HfO2薄膜在不同温度下长时间退火30min或快速退火60s后,薄膜的电学性能都得到了改善。500℃长时间退火30min后样品保持非晶结构,并且介电常数大,等效氧化层厚度小,漏电流密度小。样品快速退火后都结晶了,导致漏电流密度增大,并且600℃快速退火60s的样品有最大的介电常数。HfO2薄膜500℃退火30min与快速退火60s相比,更好地改善了薄膜中的缺陷,保持了样品的非晶结构,表面粗糙度小,电学性能好。HfO2薄膜相同条件退火后,采用TiN电极比Pt电极电学性能更好。溅射时通入不同的氩气和氮气流量并固定工作气压,HfO2薄膜都为非晶结构,当Ar/N2=15/30sccm时,HfO2薄膜有最大的介电常数16.9和最小的漏电流密度1.6xlO-7A/cm2。溅射时固定氩气流量改变氮气或氧气流量,当Ar/N2或Ar/O2=30/5sccm时,HfO2薄膜电学性能较好。