随着集成电路工艺进入亚微米及纳米尺度阶段,互连金属薄膜电阻率表现出强烈的尺寸效应,加剧了RC延迟,同时也增加了互连所承受的电流密度,使互连电迁移风险加大。金属Cu、Ta薄膜作为主要互连和阻挡层材料受到广泛关注。本文以金属Cu薄膜和Ta薄膜作为研究对象,采用直流磁控溅射法制备不同厚度、不同晶粒尺寸的Cu薄膜与非晶Ta薄膜,利用XRD、SEM、TEM、AFM等表征手段分析其微观结构,使用四探针测试仪和物理性能测试系统原位测量金属Cu、Cu-Ta薄膜在不同温度下的电阻率,分析尺寸减小引起的电阻率尺寸效应,并研究了在高电流密度下金属Cu-Ta薄膜电迁移性能。主要结果如下：通过对不同尺度金属Cu薄膜在室温和50K-400K下电阻率的研究,发现室温条件下随着尺度(薄膜厚度与晶粒尺寸)减小,Cu薄膜电阻率显著增加,晶界散射对电阻率的增加起主导作用；在50K-400K的温度区间中,Cu薄膜电阻率随温度增加而增加,同一厚度的Cu薄膜,电阻率温度系数随着晶粒尺寸的减小而降低,这是温度引起晶界散射的变化所致。通过对金属Cu-Ta薄膜电阻率的研究,发现Cu-Ta界面使Cu薄膜电阻率和电阻率温度系数增加；温度小于100K时,Cu薄膜电阻率产生极大值和极小值。通过对金属Cu-Ta薄膜电迁移现象的研究,发现在相同的温度下,薄膜厚度越小,经过电迁移测试后其电阻增加越大；厚度为40nm Cu薄膜在350K的测试温度下电阻增加30%。