本研究透過提高鍍電銅薄膜的原子構型，研究了控制底層結晶度的有效方法,結果表明，透過控制底層的結晶度，提高電鍍銅薄膜的結晶度，提高薄膜的力學效能，提高電鍍銅互連的穩定性和壽命,本研究從晶界和晶界結晶度變化的角度，實驗研究了微觀結構和物理性質變化的主要因素,詳細研究了透過控制電鍍銅薄膜基材的結晶度的控制方法。
為了控制互連的效能和可靠性，消除多孔邊界以減少填充TSV結構的銅薄膜的體積變化是非常重要的,這些多孔晶界經常出現在晶層材料上，晶格常數高度不匹配，如圖所示1,鉭通常被用作屏障層，以防止銅擴散到圍繞銅互連的氧化物薄膜和矽襯底中。然而，鉭與銅晶格常數約18%的大不匹配是外延生長銅結晶度低於大塊銅的主要原因。因此，有必要控制底層的微觀紋理，以提高電鍍銅薄膜的結晶度。
首先，利用CVD（化學蒸汽沉積）在矽片上沉積了一個1.5m厚的二氧化矽薄膜，其次，用EB（電子束）或RF濺射法依次沉積50nm厚Ta阻擋膜和150nm厚Cu種子膜，研究沉積方法對電鍍銅薄膜結晶度的影響，在電流密度為10mA/cm2或50mA/cm2的條件下，用779g/l純水、157g/l硫酸鹽和64g/l氧化銅混合鍍5m厚的銅膜，溶液中不新增新增劑以簡化微紋理，最後，將基板切成小條狀樣品，4個樣品在50oC/min的400℃電鍍30分鐘後退火，退火後，將樣品以20℃/min的速度冷卻至室溫。
本研究利用x射線衍射法對材料的晶體取向進行了評價，並根據布拉格定律得到了材料的晶體取向和原子構型。
由於FWHM隨觀測區域內位錯濃度和殘餘應力梯度幅度的增加而增加，因此FWHM的降低表明了薄膜質量的提高，即薄膜質量的降低，這種變化主要是由於薄膜中顆粒的粗化，也換句話說，是薄膜的再結晶。電鍍銅薄膜的結晶度隨電鍍底層的微觀紋理而顯著變化，這種變化應該與電鍍銅膜的力學效能的變化有很強的關係。
為了闡明電鍍種子層的結晶度對電鍍銅薄膜力學效能的影響，採用奈米插入DCM-SA2測量了電鍍銅薄膜力學效能的變化，奈米壓中心的空間解析度和載荷解析度分別為0.2pm和1nN。應變速率和常數設為0.05m/s，壓痕深度固定在130nm處，該值小於電鍍銅薄膜(5m)總厚度的十分之一。單晶銅的硬度在1.6GPa~1.9GPa之間略有分佈，與樣品的表面取向無關，測量資料的相對波動率在10%以內，每個樣品的波動寬度均小於10%，這一結果驗證了單晶銅的楊氏模量的強各向異性。
無論種子層的沉積方法如何，鍍電膜的硬度值都很相似，然而，在400℃退火後，生長在胚胎沉積種子層上的薄膜的硬度遠遠高於生長在濺射種子層上的硬度，因此，即使在400℃退火後，種子層的沉積方法對鍍電銅薄膜的力學效能的影響仍然存在，在電流密度為10mA/cm2下電鍍的薄膜也得到了類似的結果，這些結果驗證了對種子層材料的結晶度的控制對穩定電鍍銅薄膜的力學效能具有重要意義。
本研究從晶界結晶度變化的角度，實驗研究了電鍍銅薄膜微觀結構和物理性質變化的主要因素。利用奈米壓痕機的測量結果表明，根據電鍍種子層的沉積方法、電鍍過程中的電流密度和電鍍後的熱歷史，電鍍銅薄膜的力學效能有很大的變化。在本研究中，電鍍薄膜的楊氏模量為115GPa~150GPa，硬度為1.1GPa~2.6GPa不等。種子層的結晶度隨其沉積方法的不同而變化也有很大的變化，這是電鍍銅薄膜力學效能變化較大的主要原因。這是因為銅薄膜最初是在種子層原子上的外延生長的，此外，種子層中的晶體取向分佈和位錯密度都導致了種子層上電鍍銅膜力學效能的巨大變化，因此，控制用於電鍍的種子層的結晶度，以保證電鍍銅薄膜的力學效能的穩定性是非常重要的。
