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本文对物理气相淀积在SiO2上制备的Cu(200nm)/Ta(25nm)/SiO2体系中Cu热扩散失效机理进行了研究、用等离子体浸没注入(PⅢ)N+和C+对Ta进行改性和研究，并对该系统电迁移性质进行了ANSYS模拟分析得到了以下结论：
多晶Ta的晶粒间界是Cu和O原子穿过Ta扩散入衬底的主要渠道，O是Cu加快扩散的促媒。N离子和C离子的PⅢ能填塞Ta的晶粒间界，阻断Cu和O的扩散。通过比较注入前后的Cu/Ta/SiO2体系在500℃-800℃退火后，表面形貌、元素深度分布、界面微结构和物相等方面的不同，发现经N+和C+PⅢ后的Ta对Cu的阻挡效果明显提高。在N+PⅢ中1016m-2剂量的注入效果最佳，而注入剂量太大反而会造成结构损伤。据Krasko等人对晶界嵌入能的计算，C和N在Ta中的嵌入能低于O，因此能稳定占据晶界而排斥O，从而进一步提高阻挡效果。观察显示，C+PⅢ后的Ta出现了较为明显的非晶化，这种无定形结构也能有效阻挡Cu的扩散。HarrisonB类扩散动力学模型、Whipple解析方法和LeClaire简化公式被运用于计算Cu在Ta基阻挡层中的扩散系数和晶粒间界扩散激活能，进一步证实离子注入Ta的改性效果。这种晶粒间界扩散和晶格扩散耦合的解析模型修正了Junji，Imahori等人用晶格扩散公式来计算晶界扩散系数的不足。计算结果给出了Cu在Ta基薄膜中扩散激活能随注入剂量和注入离子种类变化的规律。计算了导线中电流密度分布，发现在电流聚集效应的情况下，电迁移并非只和传统意义上的“电子风”相关，而是受到“电子风”和电流密度梯度的共同作用所产生。模拟结果与K.N.Tu提出的理论完全吻合，并能够很好解释在电流密度很小处出现电迁移失效的实验现象。