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随着硅基半导体集成电路集成度的迅猛提高,其基本组成单元金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOS-FETs)的沟道长度已缩短到45nm。根据ITRS roadmap2009年公布的发展规划,在采用新结构、引入新材料的前提下,MOS-FETs将在2020年进入14nm技术时代。为保持其高的栅极电容,原有的SiO2/SiOxNy栅介质层厚度也随之相应减薄。但是当其厚度减小到<1nm时,出现的漏电流增大,驱动电流减小以及硼(磷)杂质隧穿导致的器件可靠性下降等问题,使得传统SiO2/SiOxNy栅介质层已经不能满足下一代MOS-FETs的要求,寻找新型栅介质材料成为当务之急。在众多的候选材料中,Hf02因其优良的电学性能以及与当前硅基半导体工艺较好的兼容性,有望替代SiO2/SiOxNy成为下一代MOS-FETs的栅介质候选材料。本文采用射频磁控方法沉积制备Hf02薄膜,研究不同沉积氛围(纯Ar, Ar+O2和Ar+N2)和后退火处理对其电学性能的影响。利用Agilent4294A高精密阻抗分析仪和Keithley2400数字万用表测试其MOS电容器结构的电学性能；利用高分辨电镜和X射线光电子能谱观测其界面微结构。实验测试结果表明,在纯Ar氛围室温沉积的Hf02薄膜具有相对较好的电学性能(有效介电常数εr～17.7；平带电压～0.36 V；1 V栅电压下的漏电流密度～4.15×10-3A cm-2)。高分辨透射电镜观测和X射线光电子能谱深度剖析表明,在非晶Hf02薄膜和Si衬底之间生成了非化学配比的HfSixOy和HfSix混合界面层。该界面层的出现降低了薄膜的有效介电常数,而界面层中的电荷捕获陷阱则导致薄膜电容-电压曲线出现顺时针的回线。此外,我们还研究了射频磁控溅射制备Hf02薄膜的室温弱铁磁性。本文通过改变沉积／后退火氛围以及后退火温度,对Hf02薄膜中以氧空位为主的缺陷实施干预,再利用振动样品磁强计(VSM)测试不同制备条件和后退火处理后薄膜的磁化曲线。X射线光电子能谱深度剖析测试表明,缺氧氛围(纯Ar和Ar+N2)中沉积薄膜是高度氧配比不足的HfOx<2薄膜；其饱和磁矩明显高于富氧氛围(Ar+O2)沉积薄膜的饱和磁矩。高真空退火处理使得薄膜的饱和磁矩增大；而纯氧氛围中的退火处理却使得薄膜的饱和磁矩急剧减小。HfOx<2薄膜弱铁磁性对沉积／后退火氛围的灵敏反应表明薄膜中的氧空位是其弱铁磁性主要来源之一。