来自IBM、Infineon和AMD的工程师们的最新研究结果证实，在45nm节点，非常薄的PVD阻挡层仍然展现出良好的可靠性，特别是当衬垫（liner）工艺被合理地加以应用时。Infineon的工程师Armin Fischer及其同事们在近期于Phoenix举行的国际可靠性物理研讨会（IRPS）上报告了他们的发现。
为了填充尺寸变得更小、深宽比不断增大的通孔，衬垫溅射方法已经从180nm节点所用的准直离子化PVD技术发展到130和90nm技术代的再溅射PVD衬垫。从设备的观点来看，至少有两种技术选择：使用单独的工具进行异位氩气再溅射，在淀积TaN之后而在淀积钽之前；或者在淀积TaN的过程之中进行原位氩气再溅射。这项研究分析了衬垫厚度、再溅射顺序和再溅射强度对测试结构的电迁移（EM）和应力迁移（SM）行为的影响。他们所用的测试结构由单一通孔和窄的导线（宽度与直径的比值为1:1）组成，电流从通孔流入导线。在30 mA/mm2和300℃下进行测试。在高温储存试验（225℃下进行1000小时）中，根据导线的电阻漂移来监测由应力所导致的空洞的生长，其中使用了由形状各异的、几微米见方的金属
库所组成的链状结构，它们通过库在通孔上方和库在通孔下方配置中的短导线段与单一通孔连接起来（图1）。
对于连接到上方金属库的单一通孔而言，在65nm节点的早期EM失效（上游电流偏置，即电流向上流过通孔）和SM失效中都观察到不同于130nm节点的失效模式，裂缝状的空洞都形成于通孔的中间部位。异位和原位衬垫都出现了同样的失效。而在以前的技术节点中，失效通常发生在通孔的底部。工程师们将通孔中空洞位置的变化归因于通孔能够更好地渗透进入底层金属，从而使可靠性较弱的点从通孔底部转移到通孔侧壁。
对于下游电流偏置（电流向下流过通孔）的单一通孔，亦即通孔连接到下方的大的金属库，在65nm节点的EM和SM失效模式与前几代相同：空洞出现在位于通孔正下方的金属导线中。
对异位再溅射时间的测试结果表明，通孔渗透进入下方金属层的程度随着溅射强度的增大而提高。连接到下方金属库的通孔的SM失效率比连接到上方金属库的通孔对再溅射强度更为敏感，这与最大应力点的位置变化有关（图2）。由图2可见，高、低应力点之间的应力梯度变小了，当大的金属库位于通孔下方时，这会产生更大的影响。当通孔上方存在大的金属库时，可靠性较弱的点出现在通孔的中间部位，所以通孔的渗透程度对失效率的影响较小。
当采用原位溅射工艺时，再溅射顺序对SM行为的影响遵循相同的趋势，但是对失效率的影响比异位情形下要显著得多，从而使工艺窗口变得更小。当再溅射强度增大一倍时，SM失效率几乎下降到原来的八分之一。
关于衬垫厚度的研究结果表明，如果使用异位方法，SM和EM的性能通常随着衬垫厚度的减小而退化。测试中，衬垫厚度和再溅射速率以相同的幅度减小。如果使用原位衬垫，只要再溅射剂量的减小幅度不象衬垫厚度那样大，就能够保证较高的可靠性。这个结果表明，不管淀积和再溅射顺序如何，再溅射强度从根本上决定了通孔的稳固程度，并改善了衬垫厚度给定条件下的SM和EM行为。更高的再溅射强度会使通孔更好地渗透进入下方的导线，并因而获得更长的寿命。