本论文主要研究了VLSI中微米特征尺寸Al互连线的应力和微结构，及其对与电徙动中值失效寿命(MTF)的影响。 本项研究采用原子力显微镜(AFM)、扫描电镜(SEM)、EBSD，分析了Al膜互连线的晶粒结构。沉积态0.5μm和1μm厚的Al膜互连线的平均晶粒尺寸分别为200nm和250nm，晶粒尺寸随膜厚的增加和退火温度的提高而增加，晶粒趋于均匀。此外，Al互连线中低于2.6°的小角度晶界占优，退火处理后小角度晶界继续增多。晶粒长大和小角度晶界的发展使晶界扩散系数减小，从而提高了Al膜抗电徙动的能力。 采用二维面探测器XRD和EBSD，测量了Al互连线的晶体学取向。沉积态0.5μm和1μm厚的Al互连线均有很强的(111)织构，其强度随Al膜厚的增加而减小。300℃、2.5hr退火后，获得最强的(111)织构，350℃、2.5hr退火后，(111)织构不再增强。这与应变能与表界面能最小化有关。 采用二维面探测器XRD，原位测量了Al互连线的残余应力。沉积态的0.5μm-Al和1μm-Al互连线的应力分别为244.2MPa和158.0MPa，均为拉应力。Al互连线沿长度方向应力明显高于宽度方向应力，互连线表面法线方向的应力值则最小。 求出多晶Al薄膜(111)面的弹性柔度S*44与温度的关系，采用同步辐射源XRD，原位测量了Al互连线的平面热应力。在室温～300℃范围，Al互连线表现为拉应力状态。在300～350℃之间，由49.4MPa的拉应力转变为-16.6MPa的压应力。Al互连线的热应力随温度上升基本呈线性变化。 提取EBSD菊池衍射花样的质量参数IQ，作为单晶的应变敏感参数。分别比较单一取向的IQ(111)、IQ(110)和IQ(100)，以此评价多晶Al互连线中的应力。IQ(111)、IQ(110)和IQ(100)在300℃、2.5hr退火后，平均IQ值提高。这表明退火使晶格畸变减小，应力得到释放。退火后的IQ(111)大于IQ(100)和IQ(110)，这是由于晶体在不同取向的弹性模量不同，互连线中的应变是非均匀应变所致。 Al互连线电徙动过程的原位平面应力测试发现，沿互连线长度方向，从阳极到阴极呈现出压应力梯度，并由此计算出退火前后Al金属化系统的有效电荷数(Z*)和有效晶界扩散系数(Deff)等电学和物理参数。结果表明，300℃退火2.5hr后有效电荷数Z*没有变化，晶界有效扩散系数Deff由5.62×10-10cm2/s减小到4.56×10-10cm2/s。 互连线失效后(撤除负载电流)，阳极端的压应力和阴极端的拉应力均随时间延长而明显减小，应力得到释放。证明了“回流效应”。