半导体封装器件向轻薄、小型化和多功能等方向发展,导致封装尺寸的减小和互连密度的增加,对封装铜互连可靠性要求进一步提高。2004年卢柯报道通过脉冲电沉积得到的纳米孪晶铜具有高断裂强度和高延伸率的特点。除此之外,纳米孪晶铜还具有高导电性和优异的抗电迁移（Electro Migration,EM）等特点,在凸点下金属层（Under Bump Metallization,UBM）、晶圆再布线层（Redistribution Layer,RDL）、铜柱凸点（Copper Pillar Bump,Cu P）等先进的晶圆级封装技术中有重要的应用前景。鉴于脉冲电沉积工艺复杂、生产效率较低,因此本文拟采用直流电沉积的方法制备高（111）取向的纳米孪晶铜,进一步研究其在晶圆级封装中的应用。首先,通过调整镀液硫酸铜浓度、氯离子浓度、温度等工艺参数及研究其对微观组织、力学性能的影响规律,优化得到了适合实验室制备纳米孪晶铜镀液配方。具体地,从截面微观组织上看,随着镀液硫酸铜浓度的增加,过渡层厚度减少,柱状纳米孪晶区域占比有些许增加,但对镀膜宏观力学性能影响较小。随着镀液氯离子浓度增加,（111）面织构系数持续增加。随氯离子浓度逐渐增加,柱状晶组织比例增加,孪晶片层间距更为细密,对应镀膜强度也逐步增大,高纯盐酸浓度在30μl/L时达到峰值强度。当浓度进一步增大后,部分柱状晶组织细化为等轴晶,但镀膜强度并未因为细晶强化而进一步提高,反而由于孪晶密度改变强度有轻微下降。镀液温度对镀膜微观组织形貌影响最大,随温度升高,出现等轴细晶向柱状粗晶过渡,孪晶密度先增加后减小,断裂强度呈缓慢下降趋势。为了验证优化配方在封装互连应用的可行性,在晶圆基底上进行纳米孪晶铜的电沉积实验。研究基底种子层织构对纳米孪晶生长行为的影响,优选了沉积基底。具体地,发现了高（111）择优取向的种子层有利于减小过渡层厚度,以及增加镀膜的（111）择优取向占比。进一步地,在优选的沉积基底上,研究了纳米孪晶铜的热稳定性和填充能力。在热稳定性方面,通过热处理前后硬度变化规律可知,纳米孪晶铜再结晶温度在350℃以上,远优于商用的晶圆级铜电镀液所获得的普通铜镀层（200℃）。此外,在晶圆基底上还进行了窄间距再布线层（RDL）的填充,根据均匀性和平整性的计算结果,本论文优化的纳米孪晶铜镀液相比于商用镀液也有较好的填充能力。最后为了进一步研究纳米孪晶铜封装互连应用的可靠性,对上一节所获得的纳米孪晶铜膜及RDL与商用的普通组织铜样品进行了高温高湿、热循环等可靠性试验,探索了纳米孪晶铜在高温高湿（85℃,85%RH）和热循环（-55℃～125℃）下微观组织与力学性能的变化规律。试验结果表明,纳米孪晶铜相比于普通组织铜膜在高温高湿环境下具有较强的抗氧化能力,而且抗热循环能力相当。