随着集成电路尺寸的缩小,高k材料替代SiO2作栅氧已成为一种必然趋势。多年来,人们尝试了多种介电常数高于传统SiO2的材料,例如Al2O3、Hf系材料等,并取得了一定的成果,但对更有发展潜力La系高k材料的研究还不多。本文主要从介质制备和总剂量辐照两方面进行阐述。在介质制备方面,通过对比MBE、CVD等材料制备方式,选取了综合特性最优的ALD淀积方式进行La2O3材料的制备。并在之前工艺参数的基础上,探究出所用La源(La(iPrCp)3)最适宜的前驱体温度为180℃。具体探究了LaAlO3材料的不同层次结构对特性的影响。保持La:Al的淀积比例为3:1,以及La2O3和Al2O3的总量不变,只改变淀积层数,分别制备3:1,6:2和9:2三种循环结构的La AlO3高k栅介质薄膜,并通过XPS频谱和电学特性测试作对比分析。结果发现,层数最多的3:1组分结构硅片可以获得最大的积累区电容Cox,最小的等效氧化层厚度(EOT),电特性良好。且对应的k值约为11,正好处在最佳范围10~30之间。只是材料内部缺陷相对较多,会造成的C-V曲线出现磁滞。这可以通过退火步骤得到改善,具体的退火氛围、温度和时间等工艺参数需要进一步的研究。在总剂量辐照方面,介电常数的提高使高k材料的物理厚度变大。与只有少量原位缺陷的传统SiO2相比,高k介质受应力作用会产生大量缺陷,从而使偏压所致的电荷俘获增多。而且随着极紫外(EUV)光刻技术的推广,也会对器件产生辐照影响。这三个因素导致采用高k材料作栅介质的器件面临更严峻的总剂量辐照问题。已有很多具体的实验探究高k材料的辐照特性,结果显示材料内部的缺陷是导致辐照特性退化的重要因素。除去这一因素,高k材料的介电常数、禁带宽度、电子亲和能等参数以及栅电极的不同,又会产生何种影响?这就需要通过软件仿真,设置介质材料内的缺陷密度相同为前提进行研究。通过文献查阅,确定了HfO2和La2O3的介电常数、禁带宽度、折射率等参数,并向ISE TCAD软件的材料库中添加了这两种新的高k材料。在保证内部缺陷密度和传统SiO2相同的情况下,分别对65nm的MOS管和60nm SOI器件,在不同辐照条件下,使用ISE TCAD软件模拟使用不同栅介质材料对应的转移特性。结果显示,随着剂量增大,转移特性曲线均负偏。栅介质材料的亲和能越大,曲线越向右移;而k值越大,会越向左移。HfO2的转移特性曲线相对于传统SiO2栅介质的明显右偏,而La2O3相对左偏。Au金属电极的使用都会使HfO2的曲线右偏,La2O3的左偏。