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随着半导体工艺特征尺寸不断减小,在铜互连结构中,对于单层阻挡层的需求越来越迫切。目前合金阻挡层已经成为一个新的阻挡层研究方向。由于Ru对Cu的良好粘附性,基于Ru的合金阻挡层能够在保持对Cu的良好的粘附性同时对Cu的扩散进行阻挡。本课题针对目前国内外研究非常少的Ru-Ti和RuTiN扩阻挡层进行了研究。论文首先研究了文献中已经报道的RuTa和RuN薄膜作为扩散阻挡层的特性,并以此作为下面研究的参照。多种结果均表明Ru-Ta合金阻挡层具有对Cu的比较好的阻挡特性。但是SEM结果表明,随着Ru比例的上升,Cu随退火温度的上升在阻挡层表面的团聚现象加剧,从而导致表面出现孔洞和破损等现象。研究了不同氩氮比下生长的Ru-N薄膜的反应特性,多种结果表明,氩氮比30：3条件下生长的Ru-N热稳定性最好,但是由于N的外扩,退火后会在Cu表面留下针孔论文研究了不同Ti含量的RuTi和RuTiN薄膜的性能。在Ti小含量下(<5%),经过500℃退火以后,RuTi薄膜全部失效,同时AES结果显示,对于Ti含量低的薄膜,从400℃开始Cu就已经扩散进入Si衬底。而对于Ru-Ti-N薄膜,薄层电阻显示,Ti含量高的薄膜,500℃退火后电阻仍然没有上升,而AES测试结果表明,即使对于Ti含量低的薄膜,退火前后均未出现Cu向Si中的扩散。但是SEM照片则显示,经过400℃退火后,Cu表面开始出现针孔,这说明低含量的Ti并未能有效束缚住Ru中N的外扩。最后制备了高Ti含量下不同Ru-Ti比例的Ru-Ti及Ru-Ti-N阻挡层,研究了Cu/阻挡层在Si上的热学稳定性以及在SiO2及Low k上的电学特性。多种测试结果表明,当Ti含量增加至与Ru几乎相同时,Ru1Ti1N薄膜500℃退火后性质保持稳定,同时,SEM结果显示,随着Ti含量的增加,薄膜表面针孔几乎消失不见。在Low k衬底以及SiO2表面制备的薄膜的电学测试表明,C-V偏压测试和IV曲线测试都表明,Ru1Ti1N扩散阻挡层样品具有最好的扩散阻挡Cu的性能。本文的研究结果表明：高Ti含量下的Ru1Ti1N阻挡特性最好,具有与RuTa可比的性能。