随着传统集成电路集成度的提高以及特征尺寸的不断下降,CMOS集成电路在材料、工艺、器件结构等方面遇到了很多难以逾越的发展瓶颈,严重影响了集成电路的发展。设计人员开发出在垂直方向上将芯片叠层的新技术,即三维(3D)集成技术来提高集成度。三维集成技术的关键是硅通孔互连技术,Cu将成为其中最主要的互连导电层,但是Cu与Si、SiO2的粘附性较差,也很容易扩散进Si,影响Si器件的可靠性。因此,需要在Cu-Si之间增加一层粘附扩散阻挡层,所以对阻挡层制备工艺的研究、阻挡层失效机理的分析及其在高深宽比孔内的应用研究十分重要。本文在综合分析比较各类阻挡层的制备方法和性能特征的基础上,采用原子层淀积(ALD)方法在SiO2/Si衬底上生长TiN薄膜。首先针对原子层淀积的特点,设计了变周期实验,验证了工艺的合理性。然后,利用变周期实验的工艺条件设计了变温实验,获得了原子层淀积(ALD) TiN的最佳工艺条件,最终获得低电阻率、低杂质浓度,均匀、致密的TiN扩散阻挡层。为了分析TiN薄膜的扩散阻挡特性及其失效机理,制备了Cu/TiN/SiO2/Si结构样品,并分别在不同温度下高温真空退火。结果表明,600℃以下,TiN薄膜能有效地阻挡Cu-Si扩散；600℃高温退火后阻挡层失效,主要是由Cu扩散引起的,其主要失效机制为：Cu通过阻挡层中的晶界扩散进入Si中,与Si发生反应,生成Cu-Si化合物。为了实现硅通孔互连,首先通过DRIE刻蚀制备了孔径为10～20μm,深宽比为5：1～10：1的硅盲孔；然后在硅盲孔内依次采用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺、原子层淀积(ALD)工艺和磁控溅射工艺制备Si02绝缘层、TiN扩散阻挡层和Cu种子层；最后,采用大马士革电镀工艺填充硅盲孔。结果表明,ALD TiN能在高深宽比盲孔内实现均匀淀积,形成连续导电层,获得了超保形覆盖的TSV互连导电层,实现了硅垂直互连工艺。