应变硅材料、结构、器件是探索后硅CMOS时代新型超高速低功耗集成电路最有发展前景的技术之一,本论文对双轴应变硅材料和MOS器件制作工艺进行了研究。开发出不同结构高质量双轴应变硅材料的生长方法。分别采用淀积场氧化层隔离和浅槽隔离的手段,实现了双轴应变硅MOS器件的制造,并获得了相对于体硅MOS器件的性能提高。论文中通过对材料外延条件的优化,生长出不同锗组分的渐变弛豫锗硅虚拟衬底和在此基础上的应变硅层,分析得出了弛豫锗硅过渡层的组分、厚度及生长方式与应变程度、缺陷、表面粗糙度等的关系。针对薄弛豫锗硅虚拟衬底的生长,结合离子注入、高温退火、应变势垒限制缺陷等技术制备出了适合于MOS器件制作需要的锗硅虚拟衬底和应变硅材料。论文对锗硅氧化进行了实验研究,对比分析了湿氧氧化和干氧氧化对锗硅材料表面粗糙度的影响。利用湿氧氧化实现了对SiGe/Si结构较大的锗浓缩,为高含锗量锗硅材料的制备提供了一个可能的途径。首次利用干氧氧化后再外延的方式制备出超薄弛豫衬底的双轴应变硅材料。针对器件制造,设计开发了淀积场氧化层隔离和浅槽隔离的工艺模块。用淀积场氧化层隔离方式制备出双轴应变硅NMOS器件;采用浅槽隔离以及浅阱制作工艺,在同一晶片上实现了低热开销的与常规CMOS工艺相兼容的双轴应变硅NMOS和PMOS器件。对比研究了双轴应变硅MOS器件和体硅MOS器件中载流子迁移率与外加电场、温度等因素的变化关系,研究了栅长对沟道迁移率的影响。