随着集成电路的迅猛发展,微电子器件中金属互连布线的特征尺度已经进入亚微米、甚至纳米量级。互连线在制备和服役过程中通常受热、力、电多场耦合作用,其可靠性受到严重威胁。因此,深入研究互连线的疲劳性能及损伤行为具有重要的意义。本论文工作选取了互连线用金属Cu和Au薄膜为研究对象,系统地研究了 Cu薄膜退火前后及疲劳加载下的可靠性,同时也对Au薄膜单一热循环载荷下的疲劳损伤行为进行了研究。Cu薄膜的疲劳性能研究表明,相同应变幅下,无论是制备态还是退火态薄膜,其疲劳性能随薄膜厚度的减小(从250 nm减小到25 nm)而不断升高,薄膜的疲劳性能表现出明显的尺寸效应。这一疲劳尺寸效应主要归因于薄膜的几何尺度和晶粒尺度随薄膜厚度的减小而逐渐减小,以及材料尺度对位错运动的约束能力不断提高所致。退火态Cu薄膜较制备态Cu薄膜疲劳性能得到很大改善。疲劳加载均能诱发制备态和退火态Cu薄膜中的纳米晶粒长大,但相同条件下,疲劳诱发制备态Cu薄膜的晶粒长大程度显著高于疲劳诱发退火态Cu薄膜,表明退火可以明显地抑制纳米晶晶粒的长大程度。疲劳诱发制备态Cu薄膜的晶粒长大程度显著高于退火引起的晶粒长大程度,说明疲劳诱发的Cu薄膜中纳米晶粒长大主要来源于机械驱动,而与热驱动关系不大。同时,疲劳加载能够诱发Cu薄膜中形成机械孪晶。Au薄膜的热疲劳性能研究表明,热疲劳能够使Au薄膜表面产生圆泡型屈曲;随着疲劳周次的增加,屈曲尺寸先变大,然后保持不变,这归因于屈曲临界应力随着屈曲半长增加而变小,最后又趋于稳定。