近年來(lái)，集成電路（integrated circuit，IC）的發(fā)展已被推向了國(guó)家科技發(fā)展的戰(zhàn)略層面。1958年，美國(guó)德州儀器公司成功開(kāi)發(fā)出全球第一塊集成電路，標(biāo)志著IC時(shí)代的開(kāi)始。1965年，因特爾公司創(chuàng)始人之一Gordon E.Moore提出了著名的摩爾定律（Moore's law），指出集成電路上可容納的元器件的數(shù)目約每隔18～24個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也隨之提升一倍。此后，IC產(chǎn)業(yè)一直遵循摩爾定律所預(yù)測(cè)的發(fā)展規(guī)律，并延續(xù)至今。過(guò)去的幾十年里，半導(dǎo)體制造工藝得到了飛躍性的發(fā)展，集成電路芯片的特征尺寸不斷減小，復(fù)雜程度不斷增加，然而IC制造與封裝的進(jìn)一步發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)。
　　Cu-Cu鍵合是三維集成電路（3D-IC）后端封裝工藝中極為重要的環(huán)節(jié)。為了克服摩爾定律在半導(dǎo)體行業(yè)高速發(fā)展過(guò)程中所遇到的瓶頸，3D-IC對(duì)封裝工藝中的凸點(diǎn)密度、能量消耗、封裝性能等都提出了更高的要求�，F(xiàn)代IC封裝中，Cu凸點(diǎn)是每一片晶圓上大規(guī)模集成電路信號(hào)輸入與輸出的端口，因此堆疊芯片間的Cu凸點(diǎn)互連鍵合質(zhì)量的好壞是IC芯片整體機(jī)械強(qiáng)度、信號(hào)傳輸質(zhì)量、電導(dǎo)及熱導(dǎo)性能的關(guān)鍵所在�，F(xiàn)階段，在IC制造工業(yè)中，芯片間Cu-Cu互連鍵合都是基于Sn或者SnAgCu無(wú)鉛（SAC lead-free）焊料實(shí)現(xiàn)的。Cu-Cu鍵合中的Sn焊點(diǎn)（Sn帽）由電鍍及回流工藝獲得。Sn焊點(diǎn)形成后，再通過(guò)倒裝焊接工藝，實(shí)現(xiàn)芯片間低溫互連鍵合。Sn材料的成本低廉，工藝易控制，因此在半導(dǎo)體封裝行業(yè)的互連鍵合中得到了廣泛的應(yīng)用。
　　然而，Sn作為互連材料在傳統(tǒng)Sn基鍵合工藝中存在諸多弊端與可靠性問(wèn)題。例如，窄截距鍵合時(shí)Sn過(guò)度溢出，形成短路；服役過(guò)程中Sn須生長(zhǎng)，形成搭橋短路；多場(chǎng)作用下形成克肯達(dá)爾孔洞（Kirkendall void），影響電路導(dǎo)通；在高功率器件中存在耐熱性不足的問(wèn)題等。因此，針對(duì)以上問(wèn)題，需開(kāi)發(fā)更先進(jìn)的互連鍵合工藝，引入更可靠的高性能互連材料，以實(shí)現(xiàn)封裝互連技術(shù)的突破。近年來(lái)，電子封裝行業(yè)的技術(shù)人員以及科研機(jī)構(gòu)的研究人員在Cu-Cu鍵合新材料與新方法方面進(jìn)行了大量探索，并獲得了一系列研究成果。其中Cu-Cu直接鍵合、基于Cu表面處理的Cu-Cu鍵合、基于Cu納米焊料的Cu-Cu鍵合、自蔓延反應(yīng)放熱鍵合等先進(jìn)鍵合技術(shù)都是國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。然而，這些研究成果大多以期刊論文、會(huì)議論文等形式發(fā)表，缺乏系統(tǒng)的歸納與總結(jié)。鑒于我國(guó)集成電路制造與封裝技術(shù)的快速發(fā)展形勢(shì)，及時(shí)規(guī)劃并撰寫一本先進(jìn)封裝互連技術(shù)方面的專業(yè)著作十分必要。
　　本書圍繞集成電路封裝中的Cu-Cu鍵合技術(shù)進(jìn)行闡述，共包括5章內(nèi)容。第1章是對(duì)集成電路中Cu-Cu鍵合技術(shù)的概述，主要介紹了Cu-Cu鍵合技術(shù)在微電子封裝領(lǐng)域發(fā)展中的重要地位、現(xiàn)階段所遇瓶頸以及近年來(lái)的相關(guān)研究現(xiàn)狀。第2章基于金屬納米材料呈現(xiàn)出的低熔點(diǎn)與高表面活性，提出了在鍵合表面進(jìn)行納米結(jié)構(gòu)活化處理，以降低Cu-Cu直接鍵合溫度的方法。該章主要介紹了鍵合表面Cu納米棒與Cu納米線兩種納米結(jié)構(gòu)的制備與調(diào)控技術(shù)，并利用此納米結(jié)構(gòu)的低溫?zé)�結(jié)特性實(shí)現(xiàn)Cu-Cu熱壓鍵合。第3章提出了將金屬納米焊料作為互連中間介質(zhì)的Cu-Cu鍵合方法。納米焊料中的金屬納米顆粒在尺度效應(yīng)的影響下，可在較低的溫度實(shí)現(xiàn)燒結(jié)，從而在熱壓工藝下與兩側(cè)Cu基底產(chǎn)生互連，實(shí)現(xiàn)低溫Cu-Cu鍵合。第4章闡述了基于自蔓延反應(yīng)放熱的Cu-Cu鍵合技術(shù)研究。該章結(jié)合Al／Ni多層薄膜在電引燃／熱引燃下的自蔓延反應(yīng)放熱特征，將其作為鍵合中間介質(zhì)的瞬時(shí)局部熱源，從而實(shí)現(xiàn)了超快速Cu-Cu鍵合。第5章針對(duì)三維高密度封裝的迫切需求，研究了硅通孔（through silicon via，TSV）的制備工藝與優(yōu)化方法、TSV無(wú)損高效鍍Cu技術(shù)以及高密度凸點(diǎn)間鍵合工藝，大幅提升了本書研究?jī)?nèi)容的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本書中大部分內(nèi)容是本人及研究團(tuán)隊(duì)在973項(xiàng)目“20／14 nm集成電路晶圓級(jí)三維集成制造的基礎(chǔ)研究”子課題“多場(chǎng)作用下三維密排陣列微互連結(jié)構(gòu)形成及性能調(diào)控”的資助下完成的。在本書撰寫過(guò)程中，作者李俊杰博士在書稿內(nèi)容審查、排版、校訂方面付出了大量努力，書中還包含了作者湯自榮教授、廖廣蘭教授以及許多課題組已畢業(yè)的博士、碩士（包括獨(dú)莉博士、范金虎博士、沈俊杰碩士、程朝亮碩士、余星碩士等）的研究工作。沒(méi)有課題組合作者的支持與共同努力，我們不可能完成相關(guān)的科學(xué)研究與書稿撰寫工作，在此對(duì)他們表示衷心的感謝！
　　由于Cu-Cu鍵合技術(shù)是集成電路產(chǎn)業(yè)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，其發(fā)展速度快，涉及多學(xué)科交叉，加之作者水平和學(xué)識(shí)有限，在取材及撰寫方面難免存在不足，敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。