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在高纯N2/Ar气氛中，利用反应直流磁控溅射方法在SiO2/Si基底上沉积了Ta-N、Cu/Ta/Ta-N及Cu/Ti/Ta-N薄膜，研究了不同制备工艺对Ta-N薄膜晶体结构、表面形貌、电学性能及化学组分的影响;分析不同处理工艺下Ta/Ta-N双层薄膜在Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si、Ti/Ta-N双层薄膜在Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si体系中的扩散阻挡性能及其失效机制。 结果分析发现，沉积在SiO2/Si基底上Ta-N薄膜出现了TaN(111)、(200)及(220)衍射峰，且呈低电阻率TaN(111)面择优取向生长。N2/(N2+Ar)气体流量比在5％～20％之间，随氮气流量的增加，Ta-N薄膜的晶粒先变小后变大，薄膜内部的晶界、孔洞、位错等缺陷先减少后增加，转变的氮分压为12％;随氮气流量的增加，Ta-N薄膜的方阻增大。 研究结果表明，沉积在Ta/Ta-N及Ti/Ta-N双层薄膜上的Cu薄膜呈Cu(111)晶面择优取向生长。当退火温度低于700℃时，Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si及Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si多层薄膜体系表面光滑平整，几乎没有可见的缺陷，多层薄膜体系的方阻较小（Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si低至0.146Ω□，Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si低至0.154Ω/□）。当退火温度为700℃，Cu/Ta/Ta-N/SiO2/Si多层薄膜体系中出现了Ta2O5和Cu3Si，薄膜表面出现山丘孔洞，方阻增大，Cu开始向基底开始扩散，Ta/Ta-N双层阻挡层开始失效;Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si多层薄膜体系中Cu、Ti表面形成的很薄的扩散溶解层——Cu4Ti、Cu4Ti3与Cu3Ti2，有力地阻断了Cu向基底扩散通道，从而提高了Ti/Ta-N阻挡层的阻挡性能。当退火温度高到750℃时，Cu/Ti/Ta-N/SiO2/Si多层薄膜体系中出现了Cu3Si，薄膜表面形成不连续岛，方阻剧增，扩散溶解层已经完全分离，Ti/Ta-N双层阻挡层开始失效。 比较发现，Ti/Ta-N双层薄膜对Cu的有效阻挡温度高达700℃，优于Ta/Ta-N双层薄膜的阻挡性能，是一种优良的扩散阻挡层。