随着集成电路互连技术的不断发展,器件和互连线尺寸都越来越小,以至于特征尺寸达到几十纳米的技术节点。虽然互连加工工艺不断完善自身的缺陷来适应日益增长的集成电路互连线工艺的要求,然而由于铜金属以及低k材料的较差的物理性质,如铜的易扩散性和低k材料的易击穿性,导致了互连线可靠性的不断恶化,以至于造成技术上的“瓶颈”。人们一直研究金属可靠性和电介质可靠性问题许多年,各种理论已经很成熟,然而一些与互连几何尺寸变异以及信号频率有关的可靠性问题才逐渐开始引起人们的注意。例如,趋肤效应、线边缘粗糙度(LER)以及过孔错位等可靠性因素的影响在不断增加的信号频率以及不断减小的特征尺寸的环境下变得越来越明显,以至于不能用直流电模型代替高频信号模型,不能用光滑边缘来代替粗糙边缘以及不能用连接上下层金属线的质点来代替过孔的地步。出于以上原因,本文对趋肤效应、线边缘粗糙度以及过孔错位对可靠性的影响进行了分析和研究。首先,通过建立高频电流下的互连线电流分布模型来研究趋肤效应对有效电流密度、温度以及电介质中的电场分布的影响,得出电流频率与电迁移、应力迁移以及时间相关介质击穿(TDDB)寿命的关系模型。分析前人的研究成果的基础上,提出新的高频电流金属和电介质平均寿命模型。其次,根据LER的有效电阻率模型和互连温度分布模型,得出不同LER幅度下的互连线温度分布,以及过孔处的应力迁移平均寿命。除此之外,通过统计学的理论以及有限元仿真等手段,对LER作用下的互连线电流分布以及线间电场分布进行建模,分别研究TDDB和电迁移平均寿命受LER的影响。最后,建立过孔错位的有限元仿真模型,分别对互连线过孔处的电流密度、静水应力分布以及局部电场分布进行模拟仿真,并与通过数值模拟的方法相结合讨论了过孔错位对金属可靠性和电介质可靠性的影响。本文以上研究结果都表明,忽略互连几何尺寸变异和高频信号对可靠性的作用,会导致互连寿命估计的过于乐观或过于悲观的结论,以至于导致芯片级寿命评估上的误差。因此,在纳米级互连技术中,必须要考虑互连几何尺寸变异和高频电流的影响,以此来建立更加准确的可靠性评估模型。