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在超大规模集成电路中，为了达到芯片的超高速工作，金属连线的时间延迟必须降低。但当元件的最小线宽降到0.25μm以下时，金属连线的电致迁移效应、连线的阻值、电容都不容忽略，因此我们需要找到一种性能更好的金属来取代现在集成电路中一直使用的铝。因为铜比铝低的电阻率以及其抗电迁移的能力比铝高出10～100倍，所以在未来的深亚微米技术中，铜在多层金属内连线中的作用是不可或缺的。比起传统的物理气相沉积（PVD）制备金属薄膜的方法，化学气相沉积（CVD）由于其良好的保形沉积性，好的填充高深宽比沟槽的能力，成为超大规模集成电路铜金属化制程中用来沉积铜薄膜的首选方法。本论文在自行设计、组建的金属有机化学气相沉积（MOCVD）系统上，以六氟乙酰丙酮合铜（Ⅱ）[Cu（Ⅱ）（hfac）2]为前驱物，氢气为载气和还原性反应气，分别以Si（100）、SiO2基材以及3-（巯基）-丙基-三甲氧基硅烷（MPTMS）和3-（氨基）-丙基-三甲氧基硅烷（APTMS）自组装单分子膜（SAMs）改性硅为基材进行化学气相沉积铜薄膜的相关研究，论文主要由以下五个部分组成：第一章：简要介绍了化学气相沉积铜薄膜的研究背景、面临的挑战、论文的选题思路和研究内容。第二章：在Si（100）和SiO2基材上进行了化学气相沉积铜薄膜的研究。研究表明：1、使用H2做载气比使用N2能够在更低的温度下沉积铜薄膜，而且沉积的铜薄膜中没有Cu2O。使用H2做载气沉积的铜薄膜为多晶结构，Cu（111）晶面是沉积铜薄膜的优势晶面。2、通过测量沉积铜薄膜的厚度，得到铜薄膜的沉积速率，在Si（100）上的成长速率为8～22nm／min，在SiO2上的成长速率为11～25nm／min，由Arrhenius公式得到在Si（100）和SiO2基材上沉积铜薄膜的活化能分别是92.35和81.3kJ／mol。3、SEM研究表明，相同沉积温度下，铜核在羟基化的SiO2基材上比在Si基材上有更高的覆盖度，铜更容易沉积在羟基化的SiO2基材表面。第三章：在3-（巯基）-丙基-三甲氧基硅烷（MPTMS）SAMs改性基材上进行了化学气相沉积铜薄膜的研究。研究发现：1、MPTMS在Si基材表面形成了厚度为0.66±0.01nm的有序排列的自组装单分子层。2、化学气相沉积铜薄膜在MPTMS-SAMs表面更容易进行，铜核的覆盖率也远远大于在相同条件下沉积在Si（100）和SiO2基材表面铜核的覆盖率。使用MPTMS-SAMs改性能够有效的降低沉积温度，可以在较低的温度下得到沉积质量更好的铜薄膜。3、在MPTMS-SAMs改性基材上，Cu CVD反应的活化能降低，由Si基材上的92.35kJ／mol降低到69.2kJ／mol，沉积速率有很大的提高。4、在MPTMS-SAMs改性基材上，350℃时得到铜薄膜的抗电迁移率与400℃时在Si基材上的抗电迁移率相差不大。5、以MPTMS-SAMs为扩散阻挡层，在电压为±1V时，漏电流为10-6～10-8A／cm2，能有效的阻挡Cu原子扩散进入硅基材。6、XPS的研究表明，铜与MPTMS-SAMs表面的-SH端基存在强的Cu-S作用，这是导致在MPTMS-SAMs表面更容易化学气相沉积铜薄膜的主要原因。第四章：在3-（氨基）-丙基-三甲氧基硅烷（APTMS）SAMs改性基材上进行了化学气相沉积铜薄膜的研究。得到以下结论：1、低浓度下APTMS在Si基材表面形成了厚度为1.77±0.06nm的有序排列的自组装单分子层，而在高浓度下，APTMS容易在表面聚集，形成较为无序的多层。2、在APTMS-SAMs表面更容易化学气相沉积铜薄膜，铜核的覆盖率也远远大于相同条件下沉积在Si（100）和SiO2基材表面的铜核的覆盖率。使用APTMS-SAMs改性能够有效的降低沉积温度，可以在较低的温度下得到沉积质量更好的铜薄膜。3、在APTMS-SAMs基材上，350℃时得到铜薄膜的抗电迁移率与400℃时在Si基材上的抗电迁移率相比有很大提高。4、在APTMS-SAMs基材上化学气相沉积的铜薄膜的表面粗糙度随着沉积温度的升高而减小，在330℃后，铜薄膜的表面粗糙度基本保持不变。5、以APTMS-SAMs为扩散阻挡层，在电压为±1V时，漏电流为10-7～10-8A／cm2，能有效的阻挡Cu原子扩散进入基材。6、XPS的研究表明，铜与APTMS-SAMs表面的-NH2端基存在强的Cu-N作用，这是导致在APTMS-SAMs表面更容易化学气相沉积铜薄膜的主要原因。第五章：对用MPTMS自组装形成的HS-SAMs进行了端基的化学改性，并以Cu（Ⅱ）（hfac）2为前驱物，在化学改性后形成的具有三种不同端基的SAMs上进行化学气相沉积铜薄膜。通过前进、后退接触角、X射线光电子能谱以及扫描电子显微镜、X射线散射能谱分析，结果表明：1、用MPTMS修饰处理后在SiO2表面形成了以-SH为端基的MPTMS-SAMs。2、对HS-SAMs用KHCO3和液溴室温处理后-SH端基改性为-SS-端基，而用30％H2O2和冰乙酸在40-50℃处理后-SH端基改性为-SO3H端基。3、在较低温度，较短时间条件下，CVD铜在三种不同端基的SAMs上沉积具有一定的选择性。相对而言，CVD铜较容易在HO3S-SAMs上沉积，HS-SAMs次之，最难在-SS-SAMs上沉积。4、随着温度的提高，时间的延长CVD铜在三种不同端基SAMs上沉积的选择性逐渐消失。5、利用改变SAMs端基成为不同功能团从而实现选择性化学气相沉积铜思想，最终将化学气相沉积铜薄膜图案化。