随着超大规模集成电路中器件和互连线尺寸的不断减小,厚度薄且具有良好的阻挡性能及电学性能的扩散阻挡层的制备变得越来越具有挑战性,必须要引进新材料和新工艺来解决这一问题,因此向Cu膜中直接加入少量元素来制备Cu种籽层的无扩散阻挡层结构成为了该领域的重要研究内容。本论文采用磁控溅射在单晶Si(100)基体上溅射沉积Cu(C)和Cu(Ti)合金薄膜,研究了小原子C和大原子Ti的加入对Cu膜的微结构和性能的影响。研究结果表明,Cu(C)薄膜溅射态薄膜中C的含量约为4 at.%,小原子的C的加入,引起的电子散射作用较小,较小程度的影响Cu膜的电阻率。退火后薄膜的电阻率较低,400℃下退火1h后达到最小值为～2.7μΩ·cm,9h长时间退火后,电阻率依然维持在较低水平～3.8μΩ·cm。Cu膜中小原子C的加入明显的改善了薄膜的热稳定性能,主要表现在两个方面,第一,Cu(C)薄膜与界面之间形成了一层含C的纳米级的自钝化非晶层,薄膜400℃下退火1h后,膜基界面结合良好,没有铜硅化合物的形成,500℃退火后XRD结果显示只有Cu的衍射峰,自钝化非晶层的存在明显的抑制了Cu-Si之间的界面反应。第二,薄膜中C的存在抑制了Cu晶粒的长大,Cu(C)薄膜400℃下9h退火后晶粒尺寸依然小于100nm,即使在高温700℃退火1h后,薄膜中Cu依然维持着小晶粒尺寸的状况。低电阻率以及高热稳定性的Cu(C)薄膜为小原子作为Cu合金化中添加元素提供了一定的依据。与Cu相比,Ti原子半径较大,与Cu呈负混合焓(-9KJ/mole),很容易与Cu形成化合物,加入到Cu膜中作为种籽层对Cu膜的电阻率影响较大。Cu(Ti)薄膜溅射态时Ti的含量约为0.4 at.%,薄膜的电阻率约为23μΩ·cm,尽管薄膜的电阻率随着退火温度的升高而逐渐降低,700℃退火1h后薄膜电阻率降低至6.2μΩ·cm,但薄膜的整体的电阻率数值仍然较高。薄膜退火后,膜基界面没有铜硅化合物的形成,薄膜中没有出现分层现象,Ti原子依旧存在于薄膜内,0.4 at.%的Ti的加入阻挡了Cu-Si之间的扩散。当Cu膜中的Ti含量达到2.2 at.%时,溅射态时的薄膜中出现了分层现象,Ti从膜中析出并与Cu反应形成了Cu4Ti。并且溅射态时薄膜与基体Si之间已经生成了Cu3Si,表明溅射态时Cu已经向Si中发生了扩散,Cu膜中加入2.2 at.%的Ti元素没有抑制Cu的扩散。因此,不同含量的Ti的加入对Cu膜的影响作用不同。选择与Cu呈负混合焓,容易与Cu形成化合物的一类大原子元素,少量的添加并没有起到较好的作用。