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自1997年IBM公司发布了可用于集成电路生产的铜布线工艺后,铜互连逐渐占据了集成电路生产的主导地位。但随着集成电路设计水平和特征尺寸的不断发展,器件尺寸越来越小、集成密度越来越大、工作频率越来越快,铜互连面临的挑战日益凸显。易扩散和易氧化始终是铜互连存在的关键问题,因此在Cu与Si之间添加一层扩散阻挡层以及在Cu表面添加一层抗氧化阻挡层成为研究的热点。本文以亚45nm级铜互连扩散阻挡层NRB(R=Cr/Co)薄膜为题展开研究,调整和优化了化学镀制备NiRB(R=Cr/Co)薄膜和Cu薄膜的实验参数,包括各化学试剂用量、温度范围和pH控制范围,用化学镀方法制备了 NiRB/Si(R=Cr/Co)和NiRB/Cu/NiRB/Si(R=Cr/Co)样品,并在氩气中进行了 500℃～900℃的退火实验。用薄膜测厚仪、四探针测试仪(FPP)、X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)和原子力显微镜(AFM)等对退火前后样品的厚度、方块电阻、晶体结构、元素价态和表面形貌特征进行了分析。研究的主要内容和结论如下:1.用化学镀方法制备了 Cu薄膜、NiRB(R=Cr/Co)薄膜以及NiRB/Cu/NiRB/Si(R=Cr/Co)多层膜。化学镀制备NiCrB薄膜的最佳实验条件:各化学试剂用量分别为Na3C6H5O7·2H2O40 g/l,NiSO4·6H2O 30 g/l,CrCl3·6H2O 12 g/l,DMAB 0.06 mol/l,CH3COONa·2H2O 25 g/l,NaF 6 g/l,NH4F 2.5 g/l,温度为 85℃,pH 为 11。化学镀制备NiCoB薄膜的最佳实验条件:各化学试剂用量分别为Na3C6H5O7·2H2O 41.17 g/l,C4H4O6KNa·4H2O 14.11 g/l,NiSO4·6H2O 28.91 g/l,CoSO4·7H2O 8.43 g/l,DMAB 0.04 mol/l,CH3COONa·2H2O 15 g/l,NaF 1.0 g/l,NH4F2.5g/l,温度为 85℃,pH为 11。化学镀制备Cu薄膜的最佳实验条件:各化学试剂用量分别为CuSO4·5H2O 20 g/l,EDTA-2Na 39 g/l,CHOCOOH ·H2O 13.8 g/l,C6H8O7·H2O 21 g/l,α-α’bipyridine(C10H8N2)10mg/l,温度为 77.5 ℃,pH 为 12。2.化学镀制备的NiCrB薄膜以NiB和CrB2化合物、单质Ni的形式存在,具有电阻率低(7.608 μΩ·cm)、与基体结合力强等优点且具有良好的抗氧化性。退火实验表明,NiCrB薄膜阻挡铜扩散的失效温度为900℃,失效原理为高温热处理后阻挡层薄膜结晶且晶粒长大,Cu通过晶粒边界到达硅基体并与之反应,生成高电阻的Cu3Si。化学镀制备的NiCoB薄膜以非晶状态的单质Ni和CoB化合物的形式存在,具有电阻率低(18.364 μΩ·cm)、与基体结合力强等优点。退火实验表明,NiCoB薄膜阻挡铜扩散的失效温度为850℃,随着退火温度的升高,Ni-Si化合物中Ni和Si的比例逐渐降低,从正交的Ni3Si2和单斜的Ni3Si逐渐转化为立方的NiSi2,立方相的Cu可能更容易通过立方相的NiSi2的晶粒边界到达Si基体并与之反应,生成了高电阻的Cu4Si。