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随着集成电路深亚微米工艺的不断发展,Cu因其低电阻率以及良好的抗电迁移能力成为了新一代的互连材料。然而,Cu和Si元素扩散造成的污染是无法避免的。为了阻止Cu的扩散同时提高Cu与Si之间的粘附性,在Cu互连线外添加一层扩散阻挡层的技术十分必要。寻找能够有效克制Cu扩散的阻挡层材料已经成为近年来Cu互连技术研究中的重点研究之一。在对Cu互连的优势与其面临的挑战、扩散阻挡层制备工艺和阻挡层材料发展的趋势进行介绍后,本文采用射频磁控溅射技术和直流磁控溅射技术在单晶Si （100）衬底上制备了 NbxSi1-x薄膜和Cu/NbxSi1-x薄膜。Cu/NbxSi1-xSi样品分别在600℃、650℃、700℃和725℃真空条件下进行退火处理并保温60min。利用X射线光电子能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜、透射电子显微镜和四探针测试仪对NbxSi1-x阻挡层的化学键组成、物相组成、表面形貌、微观结构和电阻率进行分析。利用四探针测试仪、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对不同温度退火处理后的Cu/NbxSi1-x/Si样品的电阻率和热稳定性进行了探究。结果表明,使用磁控溅射工艺制备的NbxSi1-x薄膜厚度约为20nm,NbxSi1-x薄膜表面光滑。XRD结果和TEM结果表明Nb95Si5阻挡层中存在Nb5Si3晶体,其它NbxSi1-x阻挡层为非晶态结构为主,Nb89Si11阻挡层中存在Nb3Si微晶。NbxSi1-x阻挡层的化学键组成包括铌-氧键、铌-氮键、铌-硅和硅-氧键。四探针测试、XRD和XPS实验结果揭示除了 Cu/Nb95Si5/Si样品和Cu/Nb63Si37/Si样品分别在650℃和700℃发生失效,另外两种Cu/NbxSi1-x/Si样品在700℃下退火处理后仍能够保持完好。综上所诉,NbxSi1-x阻挡层能够作为一种全新的扩散阻挡层用于Cu互连体系中,Nb89Si11成分的阻挡层同时具备良好的热稳定性和低电阻率。