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随着微电子技术的飞速发展,半导体器件的特征尺寸按摩尔定律不断缩小,SiO2作为MOSFET的栅介质材料在几年之内将不能满足需求,以此为背景应用于下一代MOSFET的高介电栅介质材料成为当今微电子材料的研究热点。通过对物性的综合分析,我们锁定具有很高化学稳定性和中等介电常数的LaAlO3材料开展研究。脉冲激光沉积法(PLD)是一种新的制膜技术,特别适合于制备具有复杂成分的高熔点氧化物薄膜。本工作利用PLD方法合成制备了LaAlO3(LAO)及LaAlOxNy(LAON)的薄膜和超薄膜,对其结构与结构稳定性,电学性质,它们与硅衬底的界面反应与界面结构进行了系统的研究,对制膜工艺进行了优化。首次发现和认定LAO,特别是LAON是很有应用前景的高介电栅介质材料,已申请美国专利。同时,我们还合成制备了Zr-Sn-Ti-O和Zr-Sn-Ti-O-N介电薄膜,并研究了其结构和电学性质,它们可能在高介电DRAM中获得应用。本工作的主要内容如下:1、获得了迄今为止国际上所报道的最稳定的非晶态高介电栅电介质材料以近似准确化学配比的单晶LaAlO3为靶材,借助PLD方法分别在氧气氛(或低真空)和氮气氛中,在Pt下电极和清洗的Si单晶衬底上分别制备了LAO和LAON的薄膜和超薄膜。X光衍射和电镜分析表明,薄膜均呈非晶态。DTA分析表明其结晶温度在850℃以上,完全满足后续工艺800℃120s的退火要求。XPS和EPMA分析表明LAO中的化学成分为La:Al=1:1.21。LAON中La,Al比与LAO接近,其中的氮氧比为0.01:1。LAO和LAON在1MHz测量信号下的介电常数分别为25和31,对频率和温度变化不敏感。加入氮后明显增大了薄膜的介电常数。薄膜的光学透射谱分析表明LAO和LAON的能隙分别为6.55eV和6.62eV。2、所发展的LAO和LAON薄膜的制备工艺完全与当前的CMOS工艺兼容为了得到薄膜最好的综合电学性能,我们对Si衬底的表面清洗、制备的衬底温度,气氛压强以及后退火等工艺参数进行了优化。用超声清洗和RCA清洗去除Si表面的有机物和金属杂质离子,发现这两种清洗方法对薄膜的EOT和漏电流性能并没有太大的影响。在不同的衬底温度下制备了物理厚度基本相同的LAO和