随着微电子技术的发展,集成电路的特征尺度不断减小,作为超大规模集成电路互连线的金属薄膜的截面积也越来越小,其承受的电流密度急剧增加。当互连线线宽进入到深亚微米量级时,电流密度达到MA/cm2数量级,电迁移引起的互连失效变得尤为突出。目前,金属互连电迁移已成为超大规模集成电路的主要失效机制之一。电迁移是一个非常复杂的过程,与很多因素有关,包括工作电流密度、电流聚集、焦耳热、温度梯度、应力梯度、合金成分、互连尺寸及形状等。虽然目前的研究已经取得了很大的进展,但是迄今为止,对电迁移问题的理解还远远不够,很多重要的基础问题尚未加以解决。本文通过理论研究、有限元数值分析以及试验研究相结合的技术,对集成电路中金属互连线的电迁移现象进行了系统地研究。首先以Black方程为基础,对其进行了修正,建立了金属互连线的电迁移失效机理模型。并以铝硅合金互连线为研究对象,对其电迁移过程进行了详细的加速寿命试验研究,获取了修正后的Black方程中的相关参数,分析了不同环境温度、不同电流密度、不同初始电阻等因素对铝互连线电迁移的影响规律。然后,应用有限元分析软件ABAQUS,对铝硅合金互连线的电迁移过程进行了电热耦合研究,分析了不同电流密度与电势梯度、热通量、互连线内部总能量之间的相互关系,比较了不同结构尺寸对铝互连线电迁移失效的影响规律。最后,对铝硅合金互连线进行了高温蠕变有限元分析,研究了不同蠕变温度、不同升温速率等参数对互连线内部应力场的影响,从而为集成电路的可靠性设计与分析提供了重要的技术平台。