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铝铜合金
铝存在一种称为电迁移的机制。当长而细的铝引线在超大规模集成电路（VLSI）/超大规模集成电路（ULSI）电路中承载高电流时，就会出现这个问题。电流在引线中建立了一个电场，该电场在引线的输入端较高，并沿引线向输出端逐渐减小。此外，电流流动产生的热量沿引线建立了热梯度。铝沿着引线变得可移动，并沿着两个梯度的方向在自身内部扩散。第一个效应是引线变薄。在极端情况下，引线可能会完全断裂。不幸的是，这种事件通常发生在电路投入现场运行后，导致芯片故障。通过沉积铝和0.5%到4%的铜或铝和0.1%到0.5%的钛的合金来实现对电迁移的预防或缓解。通常在晶圆上溅射沉积含有铜和硅的铝合金，以解决合金化和电迁移问题。
早期的铝合金沉积是通过在蒸发系统中放置分离的源来完成的。这增加了沉积设备和工艺的复杂性。此外，铝合金薄膜的电阻率比纯铝高。这种增加的量因合金成分和热处理而异，但可能高达25%到30%。
阻挡金属
防止硅和铝金属化共晶合金化的一种方法是使用阻挡层。钛钨（TiW）和氮化钛（TiN）层都被使用。TiW通过溅射沉积到晶圆上，进入开放接触孔，然后进行铝或铝合金沉积。沉积在场氧化物上的TiW在铝蚀刻步骤中从表面去除。有时，在沉积TiW之前，在暴露的硅上形成一层铂硅化物。
氮化钛层可以通过所有沉积技术：蒸发、溅射和CVD进行沉积。它也可以通过在氮气或氨气气氛中在600°C下对钛层进行热氮化来形成。
CVD氮化钛层具有良好的阶梯覆盖，并且可以填充亚微米接触孔。在TiN膜下方需要一层钛，以提供与硅衬底的高导电性中间层。
在铜金属化中，阻挡层也至关重要。进入硅中的铜会破坏器件性能。与铜金属化一起使用的阻挡金属是氮化钛（TiN）、钽（Ta）和氮化钽（TaN）。
难熔金属和难熔金属硅化物
尽管通过铝合金和阻挡金属，电迁移和共晶合金化的问题已经变得可控，但接触电阻问题可能是铝金属化的最终限制。金属系统的整体有效性由金属-晶圆互连的电阻率、长度、厚度以及所有接触电阻的总和决定。在一个简单的铝系统中，有两个接触点：硅-铝互连和铝互连-键合线。在一个超大规模集成电路（ULSI）中，有多层金属、阻挡层、插头填充、多晶硅栅和导电层以及其他中间导电层，连接数量变得非常大。所有这些单独的接触电阻相加可能会主导金属系统的导电性（见下图所示）。
接触电阻受材料、衬底掺杂和接触尺寸的影响。接触尺寸越小，电阻越高。不幸的是，ULSI芯片需要更小的接触开口，而大型门阵列芯片表面可能有多达80%的接触面积。这两个因素使得接触电阻成为超大规模集成电路金属系统性能的一个主导因素。铝-硅接触电阻以及合金化问题，促使人们研究其他金属用于超大规模集成电路或超大规模集成电路的金属化。多晶硅的接触电阻比铝低，已在金属氧化物半导体（MOS）电路中使用（见下图所示）。这就是传奇的硅栅MOS器件结构。
