随着超大规模集成电路(ULSI)技术的快速发展，传统使用的SiO2栅介质层已将达到其应用的物理极限，寻找新的栅介质材料来代替传统使用的SiO2已成为当前研究的热点。在目前研究的高介电常数栅介质材料中，ZrO2的多种综合因素优于其它的栅介质材料，其独特的材料特性能够基本满足栅介质应用的要求，是国际公认的很有应用潜力的栅介质材料的首选材料之一。然而必须解决的关键问题是：提高ZrO2/Si的界面热稳定性和提高ZrO2的晶化温度。本文主要围绕上述科学问题在制备科学技术方面进行了系统地研究。以磁控溅射为主要技术，通过掺杂找出了解决上述关键问题的途径。主要创新如下：　　 ⑴氮辅助和氮掺杂技术能有效地抑制和控制ZrO2/Si界面中Si-O-Si键的生成，提高界面稳定性。在纯ZrO2/Si的界面中可以明显观察到Si-O-Si键红外峰的出现，而且随着退火温度的升高，该红外峰增强。而在氮辅助制备的ZrO2/Si和氮掺杂的ZrOxNy/Si的界面中呈现了较弱的红外峰，随着退火温度的增加，该红外峰强度基本不变，这表明氮辅助和氮掺杂磁控溅射技术有提高界面稳定性的作用。　　 ⑵界面TiSixOv中间层能有效抑制ZrO2与Si的反应，是提高界面稳定性的有效途径。XPS测试结果表明，ZrO2/TiSixOy/Si体系中没有硅酸锆的存在，说明ZrO2在900℃以下不与TiSixOy进行反应，保持了界面结构的稳定性。　　 ⑶利用椭圆偏振仪较系统的研究了薄膜的光学特性，利用光吸收系数定性的表征了ZrOxNy薄膜的缺陷密度，并结合XPS价带谱分析了氮掺杂对薄膜在衬底上能级偏移的影响。发现ZrOxNy与Si的价带偏移＞2eV，超过了栅介质超薄膜价带偏移＞1eV的基本要求，这为ZrO2超薄膜作为栅介质材料的应用提供了重要参数。