随着特征尺寸的减小，Cu互连线材料之间的间隙减小，随着工作温度上升，其热应力问题将更加凸显出来。Cu在低温200℃特别容易和Si反应，Cu易扩散到Si和SiO2中影响器件的性能。为了解决这个问题，通常在Cu和Si之间添加一层扩散阻挡层从而抑制Cu-Si化合物的生成[8]。

为了防止Cu互连线在Si基体上的过多渗透，研究人员考虑将具有高熔点的过渡金属用作阻挡层材料。经研究发现，在这些金属中，在600℃退火1h后有Ta和W过渡金属的Cu-Si之间未发生反应，比较其它过渡金属在不到600℃就失效的情况下其显示出较优良的阻挡特性。这主要是因为Ta和W在退火时与Cu发生了固溶，而Cr、Ti、Nb在低温时就与Cu发生了固溶，产生了固溶二元化合物并破坏了Cu/Si的多层结构，导致阻挡层的失效。如果扩散阻挡层是(Ta/TaN)的，需要得到较低的电阻率时将面临着在45nm节点的缩放比例困难，为了适应集成电路工艺的发展，这就要求研究出超薄的扩散阻挡层(约5nm)[9]。来.自^优+尔-论,文:网www.youerw.com +QQ752018766-

为了寻找更为广泛的材料，安瑞纳格兰等人研究用Ru作为Cu互连扩散阻挡层的阻挡特性。实验研究表明，Ru的电导率约为Ta的一半(Ru的块材电阻率是7。1μΩ/cm，Ta的块材电阻率13μΩ/cm)，Ru像Ta一样与Cu有良好的粘附性，但是其热稳定性却没有预期那么理想，从卢瑟福散射图谱可以得出在450℃退火时Ru渐渐离开原来的位置移动到薄膜表面[10]，随着Ru的移动Cu开始扩散进入Si衬底。研究发现，退火后在Ru、Si界面处有Ru2Si3化合物形成，这会导致阻挡层失效。