随着集成电路工艺进入深亚微米阶段，互连延迟，尤其是整体互连的时间延迟远远超出了栅延迟，成为提高集成电路性能的一大障碍。Cu是目前应用最广泛的互连材料，它有Al所不可比拟的优良性质。然而由于Cu极易扩散进入Si及其氧化物中，造成Si器件漏电流的增大甚至短路，严重影响了器件性能，因此必须在金属Cu和Si、SiO2介质层之间引入一层扩散阻挡层来阻挡Cu的扩散。　　 Ta是一种比较理想的阻挡层材料：电阻率较低；高熔点；晶格和晶界扩散的活化能高；Cu不易穿透阻挡层进入Si；Cu/Ta界面稳定，Ta不会与Cu反应生成化合物；Si/Ta界面也比较稳定。研究Ta膜制备的工艺方法并对其结构与性能进行表征，对于认识Ta膜的失效机制，提高Cu互连可靠性，具有十分重要的意义。本论文研究对象为Ta的三种结构，分别为非晶态Ta，tetragonal结构的β相Ta和bcc结构的α相Ta。　　 在扩散阻挡层的沉积过程中，能够影响薄膜成核和生长的各种因素都可能影响所形成的阻挡层的性能。因此，本论文首先从制备方法上研究了用直流磁控溅射制备三种结构Ta薄膜的工艺条件，通过控制衬底温度，溅射功率，溅射时间等条件来获得不同结构的Ta薄膜，并且分析了Ta膜退火前后以及不同工艺条件下生长的结构变化。　　 Cu在溅射生长的Ta阻挡层上，通过高温退火后，不同结构Ta所体现出的阻挡性能各不相同。本论文通过XRD、SEM、TEM等方法表征了退火前后表面Cu膜的变化和Ta/Cu、Ta/Si界面处的变化。实验发现，α相Ta和非晶态Ta阻挡性能较好，β相Ta在400℃左右就出现失效。