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随着CMOS集成电路器件尺寸的不断变小,高k栅介质的使用已成为必然。但由于多晶硅栅存在耗尽、硼穿通和与高k栅介质的不兼容(如费米能级钉扎和沟道载流子迁移率退化效应)等问题,多晶硅栅需要被具有更高电导率的金属栅所取代。TiN由于具有良好的热稳定性、较低的电阻率、较高的功函数(适合直接用来作p-MOSFETs栅极材料)及功函数可调等优点而被认为是很有发展前景的一种金属栅材料。为了满足n-MOSFETs对栅极功函数的要求,必须采取可行的方法来调制TiN金属栅极的有效功函数,使其接近si的导带底。基于此,本文研究了TiN薄膜的制备工艺、TiN金属栅的相关特性和热退火处理对Al/TiN/SiO2/p-Si结构、TiN/Ta/TiN/SiO2/p-Si结构及TiN/Yb/TiN/SiO2/p-Si结构金属栅有效功函数的调制效应。TiN制备工艺及其作为金属栅材料的特性研究：研究了用PVD法制备TiN薄膜时各工艺条件对TiN薄膜电阻率等特性的影响,发现：直流溅射比射频溅射法更适合制备高质量的TiN薄膜；当直流溅射功率为200 W、退火温度在600℃～700℃之间时,TiN薄膜电阻率比较低。以TiN/SiO2/p-Si结构研究TiN金属栅的功函数,发现：TiN本身功函数比较高,在5.0 eV左右,且随着热预算的增加,栅极有效功函数略微有所降低。热退火处理对Al/TiN/SiO2/p-Si结构金属栅有效功函数的调制：由于TiN本身功函数较高,仅适合做p-MOSFETs的栅极材料,而Al由于功函数低、电阻率低等特点而被考虑用来调制TiN金属栅的功函数。研究发现,短时间高温热退火处理后Al/TiN栅极功函数反而有所增加,但是随着退火时间的增加,M/TiN栅极功函数又进一步减小至4.4 eV。分析表明,界面处Al的存在状态将直接影响栅极功函数的调制方向,当界面Al-Si-O偶极子起主要作用时将调制栅极有效功函数向Si的价带方向移动,而当AI单质与Si02直接接触而起主要作用时将调制栅极功函数向Si的导带方向移动。研究也表明界而处Al的引入并没有引起界面态密度的增加。热退火处理对TiN/Ta/TiN/SiO2/p-Si或TiN/Yb/TiN/SiO2/p-Si结构金属栅有效功函数的调制：为了更进一步调低TiN金属栅的功函数,论文尝试在TiN中引入低功函数金属元素钽(Ta)和镱(Yb)。研究证明,热退火处理后,Ta和Yb可以有效降低栅极功函数。TiN(Ta)的栅极功函数被调制到4.4 eV,而TiN(Yb)的栅极功函数则被调制到4.1 eV,从而十分接近Si的导带底!进一步的实验还表明,TiN(Yb)金属栅结构的热稳定性也很好,器件的EOT、未因Yb的引入而受到影响。