中文摘要：

Cu6Sn5的生成是电子封装软钎焊互连点界面冶金成形的核心问题之一。随着互连点尺寸越来越微小，界面Cu6Sn5占互连点的体积分数越来越大，对焊点可靠性的影响不容忽视，所以其物理性能的表征及对互连点可靠性的影响得到了广泛的研究。但是，由于缺乏对互连点界面Cu6Sn5成形及演化机制的深入认识，近年的研究结果存在诸多偏差，混淆对微小互连点可靠性的准确认识。因此，本项目建议研究（1）Sn基钎料合金与Cu焊盘界面Cu6Sn5成形形态；（2）界面单晶Cu6Sn5多形态晶体结构表征；（3）多形态Cu6Sn5固态相变机制；（4）互连点界面单晶Cu6Sn5成形织构；（5）影响界面Cu6Sn5成形形态及织构的冶金机制；（6）基于Cu6Sn5晶体结构的互连点可靠性表征。研究结果将系统地阐明软钎焊界面Cu6Sn5的冶金成形机制及其演化规律，对单晶Cu6Sn5物理性能表征及微小互连点力学性能的研究提供原理性基础。

结论摘要：

随着半导体工业的进步，电子器件逐渐向小型化、集成化和多功能化的方向发展。为了将器件整合到体积最小且功能最佳的状态，多层芯片间用于互连的微凸点及引线框架的特征尺寸必将急剧降低，可以预见的是在不久的将来我们必然会面临诸多可靠性方面的挑战。一般来说，一层金属间化合物薄层将会在Sn/Cu界面处形成以保证凸点的互连可靠性，然而过多的化合物生长也会引发界面失效问题，尤其是当化合物层厚度占互连凸点整体体积比不断上升的今天，其生长机制及动力学方面的研究将显得尤为关键。尽管界面金属间化合物的生长动力学机制研究已经进行多年，但是由于其生长行为过于复杂而所处界面环境也极其多变，所以界面化合物的生长机制及动力学方面的研究进展极为缓慢。基于以上原因，本项目以Sn/Cu界面最为主要的金属间化合物Cu6Sn5相为例，深入阐述其不同生长时期的动力学机制问题，以期实现控制界面化合物生长、改善互连凸点界面可靠性的目地。 通过对润湿反应过程中均质形核阶段Cu6Sn5相的生长动力学研究，本项目提出六方棒状生长行为是Cu6Sn5相的禀性生长行为，而Cu元素的供应机制是实现其禀性生长的关键。进而，依据Cu6Sn5相的六方棒状形貌，本项目构建了Cu6Sn5相的生长动力学方程，并由此方程确立了影响Cu6Sn5相禀性生长的控制因素。通过对润湿反应过程中异质形核阶段Cu6Sn5相的生长动力学研究，本项目论证了界面处Cu6Sn5相的生长仍然具有六方棒状生长习性，而Cu基底的织构取向对Cu6Sn5相的形核及长大具有决定性作用。其次，本项目首次发现了Cu6Sn5相的界面生长存在晶界迁移行为。之后，通过详细的动力学分析，本项目阐述了晶界迁移行为与熟化行为一样都是影响Cu6Sn5相界面生长的核心机制。基于以上研究，Cu6Sn5相在润湿反应过程中的生长动力学机制问题得到了解决。通过对服役过程中Cu6Sn5相的生长动力学研究，本项目提出时效生长并不会恶化Cu6Sn5相自身的界面力学性能，而Cu6Sn5相的多晶型相变才是其晶界裂纹萌生进而产生界面力学失效的主要原因。