随着集成电路特征尺寸在摩尔定律的驱动下不断缩小,许多传统薄膜生长工艺都面临着挑战。而原子层淀积工艺作为一种新兴的薄膜生长工艺,由于其在薄膜组成和厚度的精确控制等方面的优点而备受关注。目前原子层淀积工艺已经被逐步应用到high-k栅介质、集成电路后端互连扩散阻挡层、以及各种光学材料的研究中。因此,对于原子层淀积技术进行实验和理论两方面的深入研究是非常有意义的。本文主要研究了在Si衬底上原子层淀积生长HfO2high-k栅介质和TiAIN扩散阻挡层的工艺,并在实验和理论两方面对制备得到的薄膜特性进行了分析和研究。一方面,用原子层淀积方法制备了Hf02栅介质薄膜,研究了在不同薄膜样品退火温度情况下Hf02和Si衬底界面层特性,并同时在理论上计算研究了Hf02薄膜内部的缺陷态分布情况。另一方面,我们又使用了两种不同的脉冲反应顺序TiCl4->NH3->TMA和TMA->NH3->TiCl4来原子层淀积TiAIN,同时也使用密度泛函方法计算了氧化硅上原子层淀积TiAlN的初始反应路径机理。主要内容以及取得的成果可以归为以下两个方面：本论文首先研究了在600以及800℃三种情况下的退火的Hf02薄膜与Si衬底之间的界面层厚度和组分的变化情况。实验发现,未退火以及600℃以下温度退火的样品中Hf02与Si片界面之间存在有一层很薄的Si02层,当退火温度为800℃时,这个界面层的成分开始由Si02向HfSiO4转变。而椭偏分析结果则表明：随着退火温度的升高Hf02薄膜的厚度呈现减薄趋势,这可能是由于随着退火温度的升高,Hf02中的氧原子向界面发生扩散,从而导致Hf02薄膜变薄。在以上实验结果的基础上,我们又使用基于第一性原理的杂化密度泛函方法计算了Hf02薄膜中的缺陷态分布情况。Hf02的理论禁带宽度为5.6eV,与我们使用椭偏方法拟合得到的禁带宽度(5.2eV)非常吻合。在对Hf02中几种不同构型的氧空位和氧间隙的缺陷态能级分布进行计算后,我们发现氧空位Hf02禁带中的缺陷态能级主要分布在Hf02禁带中部以及Hf02导带底下部1eV附近,而负价氧间隙的缺陷态能级主要分布在Hf02禁带中部及以下。接着,本文又研究了原子层淀积TiAIN的工艺。我们使用两种不同的脉冲反应顺序TiCl4->NH3->TMA和TMA->NH3->TiCl4在4个不同温度淀积得到了TiA1N薄膜。并在实验结果的基础之上,使用密度泛函方法计算分析了氧化硅上原子层淀积TiAIN的初始反应路径机理。实验结果两种反应顺序情况下的反应速率都没有出现随温度的升高而逐渐饱和的情况。这可能是由于TMA在较高反应温度下出现一定的热分解所导致的。XRD结果结果表明,所有TiAIN样品中都只具有较弱的TiN单晶衍射峰。但是XPS结果表明,使用TiCl4->NH3->TMA顺序得到的样品中的C杂志含量(30%)远高于使用TMA->NH3->TiCl4顺序得到的样品(10%)。并且,C杂质在样品中主要是以化合物方式成键的。进一步地,在以上实验结果的基础之上,我们计算了在氧化硅上原子层淀积TiA1N的初始反应路径机理。计算结果发现对于TMA->NH3->TiCl4这个反应顺序,相应3个反应势垒分别为：0.46eV、1.50eV和1.68eV。而在TiCl4->NH3->TMA的3个反应中,相应的反应势垒为：0.55eV、1.18eV和0.76eV。后者的NH3->TMA反应势垒非常低,为0.76eV：这使得SiO2-O-Ti(NH2)x-Cly*和TMA之间的反应比较容易进行,从而导致了薄膜中较多的C杂质残余。不过,虽然TiCl4->NH3->TMA这个反应顺序淀积得到的C含量较高,但是使用这个反应顺序得到的样品的方块电阻却比使用TMA->NH3->TiCl4淀积得到的样品的方块电阻小。这可能是由于在TiCl4->NH3->TMA中TiC14和NH3之间的反应势垒较低,而生成的Ti-N键较多的缘故。