近年來，集成電路（integrated circuit，IC）的發(fā)展已被推向了國家科技發(fā)展的戰(zhàn)略層面。1958年，美國德州儀器公司成功開發(fā)出全球第一塊集成電路，標志著IC時代的開始。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個月便會增加一倍，性能也隨之提升一倍。此后，IC產業(yè)一直遵循摩爾定律所預測的發(fā)展規(guī)律，并延續(xù)至今。過去的幾十年里，半導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，復雜程度不斷增加，然而IC制造與封裝的進一步發(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體行業(yè)高速發(fā)展過程中所遇到的瓶頸，3D-IC對封裝工藝中的凸點密度、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凸點是每一片晶圓上大規(guī)模集成電路信號輸入與輸出的端口，因此堆疊芯片間的Cu凸點互連鍵合質量的好壞是IC芯片整體機械強度、信號傳輸質量、電導及熱導性能的關鍵所在。現(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無鉛（SAC lead-free）焊料實現(xiàn)的。Cu-Cu鍵合中的Sn焊點（Sn帽）由電鍍及回流工藝獲得。Sn焊點形成后，再通過倒裝焊接工藝，實現(xiàn)芯片間低溫互連鍵合。Sn材料的成本低廉，工藝易控制，因此在半導體封裝行業(yè)的互連鍵合中得到了廣泛的應用。
　　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題。例如，窄截距鍵合時Sn過度溢出，形成短路；服役過程中Sn須生長，形成搭橋短路；多場作用下形成克肯達爾孔洞（Kirkendall void），影響電路導通；在高功率器件中存在耐熱性不足的問題等。因此，針對以上問題，需開發(fā)更先進的互連鍵合工藝，引入更可靠的高性能互連材料，以實現(xiàn)封裝互連技術的突破。近年來，電子封裝行業(yè)的技術人員以及科研機構的研究人員在Cu-Cu鍵合新材料與新方法方面進行了大量探索，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、自蔓延反應放熱鍵合等先進鍵合技術都是國內外的研究熱點。然而，這些研究成果大多以期刊論文、會議論文等形式發(fā)表，缺乏系統(tǒng)的歸納與總結。鑒于我國集成電路制造與封裝技術的快速發(fā)展形勢，及時規(guī)劃并撰寫一本先進封裝互連技術方面的專業(yè)著作十分必要。
　　本書圍繞集成電路封裝中的Cu-Cu鍵合技術進行闡述，共包括5章內容。第1章是對集成電路中Cu-Cu鍵合技術的概述，主要介紹了Cu-Cu鍵合技術在微電子封裝領域發(fā)展中的重要地位、現(xiàn)階段所遇瓶頸以及近年來的相關研究現(xiàn)狀。第2章基于金屬納米材料呈現(xiàn)出的低熔點與高表面活性，提出了在鍵合表面進行納米結構活化處理，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納米線兩種納米結構的制備與調控技術，并利用此納米結構的低溫燒結特性實現(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的Cu-Cu鍵合方法。納米焊料中的金屬納米顆粒在尺度效應的影響下，可在較低的溫度實現(xiàn)燒結，從而在熱壓工藝下與兩側Cu基底產生互連，實現(xiàn)低溫Cu-Cu鍵合。第4章闡述了基于自蔓延反應放熱的Cu-Cu鍵合技術研究。該章結合Al／Ni多層薄膜在電引燃／熱引燃下的自蔓延反應放熱特征，將其作為鍵合中間介質的瞬時局部熱源，從而實現(xiàn)了超快速Cu-Cu鍵合。第5章針對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無損高效鍍Cu技術以及高密度凸點間鍵合工藝，大幅提升了本書研究內容的實際應用價值。
　　本書中大部分內容是本人及研究團隊在973項目“20／14 nm集成電路晶圓級三維集成制造的基礎研究”子課題“多場作用下三維密排陣列微互連結構形成及性能調控”的資助下完成的。在本書撰寫過程中，作者李俊杰博士在書稿內容審查、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。沒有課題組合作者的支持與共同努力，我們不可能完成相關的科學研究與書稿撰寫工作，在此對他們表示衷心的感謝！
　　由于Cu-Cu鍵合技術是集成電路產業(yè)中的一項關鍵技術，其發(fā)展速度快，涉及多學科交叉，加之作者水平和學識有限，在取材及撰寫方面難免存在不足，敬請廣大讀者批評指正。