微电子封装中的互连键合是集成电路（integrated circuit，IC）后道制造中关键和难度大的环节，直接影响集成电路本身的电性能、光性能和热性能等物理性能，很大程度上也决定了IC产品的小型化、功能化、可靠性和生产成本。然而，随着封装密度的增加以及器件功率的增大，CU凸点面临尺寸大幅减小并且互连载流量大幅增加等问题，产业界成熟的Cu-Cu键合方法已很难适应高密度封装的快速发展，研发更为先进的Cu-Cu键合技术并推向产业化是当前迫在眉睫的需求。
　　针对电子封装行业中所面临的技术需求，该书系统介绍了国内外Cu-Cu键合技术的研究现状，并结合作者及课题组全体研究人员长期在微电子封装领域的研究积累，梳理了基于表面活化的Cu-Cu键合、基于金属纳米焊料的Cu-Cu键合、基于自蔓延反应的Cu-Cu键合以及先进键合技术在Cu凸点互连中的应用等多个热点研究内容，并在实验方法、工艺优化、理论研究等多个方面进行了深入探讨。
　　《集成电路先进封装工艺——Cu-Cu键合技术》全面、深入地介绍了集成电路封装中先进的Cu-Cu键合技术和新的研究进展，可供高年级本科生、研究生以及从事集成电路封装与互连／键合工艺研究的技术人员参考和阅读。

　　近年来，集成电路（integrated circuit，IC）的发展已被推向了国家科技发展的战略层面。1958年，美国德州仪器公司成功开发出全球第一块集成电路，标志着IC时代的开始。1965年，因特尔公司创始人之一Gordon E.Moore提出了著名的摩尔定律（Moore's law），指出集成电路上可容纳的元器件的数目约每隔18～24个月便会增加一倍，性能也随之提升一倍。此后，IC产业一直遵循摩尔定律所预测的发展规律，并延续至今。过去的几十年里，半导体制造工艺得到了飞跃性的发展，集成电路芯片的特征尺寸不断减小，复杂程度不断增加，然而IC制造与封装的进一步发展面临巨大挑战。
　　Cu-Cu键合是三维集成电路（3D-IC）后端封装工艺中极为重要的环节。为了克服摩尔定律在半导体行业高速发展过程中所遇到的瓶颈，3D-IC对封装工艺中的凸点密度、能量消耗、封装性能等都提出了更高的要求。现代IC封装中，Cu凸点是每一片晶圆上大规模集成电路信号输入与输出的端口，因此堆叠芯片间的Cu凸点互连键合质量的好坏是IC芯片整体机械强度、信号传输质量、电导及热导性能的关键所在。现阶段，在IC制造工业中，芯片间Cu-Cu互连键合都是基于Sn或者SnAgCu无铅（SAC lead-free）焊料实现的。Cu-Cu键合中的Sn焊点（Sn帽）由电镀及回流工艺获得。Sn焊点形成后，再通过倒装焊接工艺，实现芯片间低温互连键合。Sn材料的成本低廉，工艺易控制，因此在半导体封装行业的互连键合中得到了广泛的应用。
　　然而，Sn作为互连材料在传统Sn基键合工艺中存在诸多弊端与可靠性问题。例如，窄截距键合时Sn过度溢出，形成短路；服役过程中Sn须生长，形成搭桥短路；多场作用下形成克肯达尔孔洞（Kirkendall void），影响电路导通；在高功率器件中存在耐热性不足的问题等。因此，针对以上问题，需开发更先进的互连键合工艺，引入更可靠的高性能互连材料，以实现封装互连技术的突破。近年来，电子封装行业的技术人员以及科研机构的研究人员在Cu-Cu键合新材料与新方法方面进行了大量探索，并获得了一系列研究成果。其中Cu-Cu直接键合、基于Cu表面处理的Cu-Cu键合、基于Cu纳米焊料的Cu-Cu键合、自蔓延反应放热键合等先进键合技术都是国内外的研究热点。然而，这些研究成果大多以期刊论文、会议论文等形式发表，缺乏系统的归纳与总结。鉴于我国集成电路制造与封装技术的快速发展形势，及时规划并撰写一本先进封装互连技术方面的专业著作十分必要。
　　本书围绕集成电路封装中的Cu-Cu键合技术进行阐述，共包括5章内容。第1章是对集成电路中Cu-Cu键合技术的概述，主要介绍了Cu-Cu键合技术在微电子封装领域发展中的重要地位、现阶段所遇瓶颈以及近年来的相关研究现状。第2章基于金属纳米材料呈现出的低熔点与高表面活性，提出了在键合表面进行纳米结构活化处理，以降低Cu-Cu直接键合温度的方法。该章主要介绍了键合表面Cu纳米棒与Cu纳米线两种纳米结构的制备与调控技术，并利用此纳米结构的低温烧结特性实现Cu-Cu热压键合。第3章提出了将金属纳米焊料作为互连中间介质的Cu-Cu键合方法。纳米焊料中的金属纳米颗粒在尺度效应的影响下，可在较低的温度实现烧结，从而在热压工艺下与两侧Cu基底产生互连，实现低温Cu-Cu键合。第4章阐述了基于自蔓延反应放热的Cu-Cu键合技术研究。该章结合Al／Ni多层薄膜在电引燃／热引燃下的自蔓延反应放热特征，将其作为键合中间介质的瞬时局部热源，从而实现了超快速Cu-Cu键合。第5章针对三维高密度封装的迫切需求，研究了硅通孔（through silicon via，TSV）的制备工艺与优化方法、TSV无损高效镀Cu技术以及高密度凸点间键合工艺，大幅提升了本书研究内容的实际应用价值。
　　本书中大部分内容是本人及研究团队在973项目“20／14 nm集成电路晶圆级三维集成制造的基础研究”子课题“多场作用下三维密排阵列微互连结构形成及性能调控”的资助下完成的。在本书撰写过程中，作者李俊杰博士在书稿内容审查、排版、校订方面付出了大量努力，书中还包含了作者汤自荣教授、廖广兰教授以及许多课题组已毕业的博士、硕士（包括独莉博士、范金虎博士、沈俊杰硕士、程朝亮硕士、余星硕士等）的研究工作。没有课题组合作者的支持与共同努力，我们不可能完成相关的科学研究与书稿撰写工作，在此对他们表示衷心的感谢！
　　由于Cu-Cu键合技术是集成电路产业中的一项关键技术，其发展速度快，涉及多学科交叉，加之作者水平和学识有限，在取材及撰写方面难免存在不足，敬请广大读者批评指正。