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在超大规模集成电路的互连工艺中，采用合金化Cu种籽层来阻挡Cu扩散的无扩散阻挡结构因其稳定性好、电阻率低以及制备简单等优点而受到广泛的关注。本文以稳定固溶体模型为基础，运用磁控溅射的方法，在Si基体上制备了Cu-Ni-Ti和Cu-Ni-Ta三元合金薄膜，并对薄膜进行了电阻率、稳定性和微结构等方面的分析。 根据稳定固溶体模型的理论，第三组元M与Cu呈正混合焓，与Ni呈负混合焓，因此添加在Cu膜中的M倾向于与Ni结合形成Ni原子包围M原子的M1Ni12团簇结构，这些团簇无序的分散在Cu晶格中，起到提高Cu膜稳定性的作用，而Ni原子则成为Cu与M之间的连接原子。本文选择了Ti和Ta作为第三组元进行分析，其中Ta完全符合模型的要求;而Ti虽与Cu和Ni都呈负混合焓，但从混合焓相对值来看Ti也是更趋向于与Ni结合，这也为Ti在模型中起作用提供了可能。另外Ti在Cu中有一定固溶度且可与Cu反应，这都将影响Ti在模型中的应用。本论文通过对Cu-Ni-Ti和Cu-Ni-Ta三元合金薄膜的比较分析，试图考察第三组元M对Cu合金薄膜性质的影响，拓展团簇模型应用范围。 研究表明，Ni-Ti和Ni-Ta在Cu膜中的组合添加都可以在较小的影响Cu膜低电阻率的前提下大大提高Cu膜的稳定性。 Cu-Ni-Ta系统中，当Ta/Ni比改变时，薄膜的性能变化完全遵循稳定固溶体模型的规律:随着Ta/Ni比的增加薄膜稳定性逐渐提升，Ta/Ni比超过1/12时薄膜具有优良的稳定性;从电阻率方面来看，Ta/Ni比最接近1/12的薄膜电阻率最低，(Ta11/131Ni12/13.1)0.4Cu99.6薄膜在500℃/1h退火后电阻率低至2.8μΩ·cm，并且薄膜在500℃/60h和600℃/1h退火后依然没有发生Cu的扩散。 Cu-Ni-Ti系统中，当Ti/Ni比改变时，薄膜稳定性的变化符合团簇模型规律，即随着Ti/Ni比的增加薄膜稳定性也是逐渐提升，Ti/Ni比接近1/12时薄膜稳定性得到显著改善;而薄膜电阻率变化则没有依照团簇模型规律改变，随着Ti/Ni比的升高薄膜电阻率逐渐降低，(Ti1/13.5Ni12/13.5)0.3Cu99.7薄膜在500℃/1h退火后电阻率为2.5μΩ·cm，且在500℃/60h和600℃/1h退火后依然没有生成Cu3Si，表现出较好的稳定性。 研究表明，对于与Cu和Ni的混合焓都是负值的第三组元M，若能满足M与Ni具有相对更负的混合焓，那么M元素也可在固溶体模型中发挥作用。需要注意的是，在这一类元素的应用时需要选择合适的电阻率与稳定性的匹配。