金属互连是指通过金属导电材料形成连线将不同的器件连接起来形成电路，同时也可以把外部的电信号传输到芯片内部不同的部位，从而形成具有一定功能的芯片。金属互连技术必须考虑互连材料的电阻率、淀积工艺的台阶覆盖率和表面平整度、电迁移和应力等。用电阻率低的材料做互连可以降低芯片的损耗和RC延时，提高芯片的速度。金属抵御电迁移的能力会影响芯片的可靠性，应力系数小的金属材料可以比较好地粘附到氧化物隔离层。

由于金属钨、铝和铜的电阻率非常低，钨的电阻率是8μΩ•cm、铝的电阻率是2.65μΩ•cm和铜的电阻率是1.678μΩ•cm，它们作为金属互连材料并被广泛应用到半导体制造后段互连工艺。虽然铜的电阻率最低，但是铜存在扩散和刻蚀困难等问题，这些问题严重影响了铜的应用和推广，20世纪60到70年代，早期的集成电路制造技术只把铝作互连材料和通孔填充材料。随着集成电路的器件尺寸不断缩小，集成电路的密度不断增加，互连线的线宽和通孔接触的尺寸越来越小，到了20世纪80年代，利用PVD铝填充小尺寸的接触孔，已不能满足工艺技术的要求，它会产生空隙和空洞影响集成电路的可靠性。而CVD钨具有非常好的台阶覆盖率，钨作为通孔填充材料被引进到亚微米及以下的集成电路制造工艺中。20世纪90年代，集成电路后端的 RC延时严重影响了集成电路的性能，半导体业界迫切需要通过降低金属互连材料的电阻率和低K介质隔离材料来降低集成电路 RC延时，随着 CMP工艺技术的出现，利用大马式革结构、铜电镀和 CMP 技术已经可以克服铜难以刻蚀的技术难题，铜作为互连材料被广泛应用于0.13μm及以下的工艺制程。

根据金属互连线的结构特点，可以把它分为三大类：

第一类是金属接触孔和通孔填充材料；

第二类是金属互连线材料；

第三类是金属阻挡层。

接触孔（Contact）是指芯片内器件与第一层金属之间的连接通道，通过接触孔和金属层可以实现不同器件之间的连接。通孔（via）是指相邻金属层之间的连接通道，通过通孔可以实现相邻金属层之间的连接。

因为铝具有很低的电阻率，而且淀积工艺简单，它是最早应用于接触孔和通孔填充的材料。图3-129所示铝接触孔和通孔的剖面图。但是淀积铝的蒸发或者溅射工艺不能形成良好的台阶覆盖率，当CMOS 工艺技术发展到亚微米，特别是到了0.5μm 及以下的工艺技术时，接触孔的直径缩小到0.5μm，而接触孔金属化填充工艺需要填充深高比大于1:1的接触孔和通孔，并且要形成良好的台阶覆盖率，防止形成空洞，然而铝的蒸发或者溅射工艺并不能很好地满足工艺制程的要求，它会产生空隙和空洞。图3-130所示为铝产生空洞问题示意图。