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作为新型的芯片层间互连技术,铜柱凸点具有更好的导电导热性能,易实现超细节距互连,满足高密度三维封装的要求。随着集成电路的特征尺寸进入到20/14 nm技术节点,与之匹配的互连凸点将由40-50μm缩小到5μm。这一尺度上,微凸点的高精度制备、小尺寸带来的金属间化合物异常生长、柯肯达尔空洞带来的互连可靠性问题都亟待解决。基于此,本文采用分步电镀法成功制备了高度一致的Ф5μm Cu/Sn结构微凸点,着重研究了高密度微凸点在等温时效环境中界面IMC及空洞生长规律,并讨论了凸点直径、焊料层晶粒尺寸以及Ni阻挡层对界面反应的影响,为微凸点的高可靠性应用提供理论和实验基础。主要结论如下:凸点直径对Cu/Sn界面反应的影响显著,小直径微凸点中焊料层消耗速度较快,完全相转变时间较短。时效后,Ф5μm微凸点中IMC厚度明显大于Ф20μm凸点,Cu3Sn的反应常数为2.92×10-17 m2/s,是Ф20μm的2.5倍。凸点界面反应的尺寸效应可以用固态反应的扩散机制来解释,直径越小,原子表面扩散的影响越显著,促进IMC生长。微凸点中柯肯达尔空洞的形成与分布与Cu3Sn密切相关,长时间时效,Cu/Cu3Sn界面产生微裂纹,部分微凸点出现侧壁润湿现象,产生多孔Cu3Sn。微凸点中快速界面反应、微裂纹和多孔Cu3Sn的形成都将大大削弱互连结构的力学性能和电学性能,带来严重的可靠性问题。通过在Ф5μm微凸点中电镀光亮Sn和哑光Sn两种不同晶粒大小的焊料层,发现焊料层大晶粒尺寸将减慢界面反应。Cu/哑光Sn体系中,焊料层晶粒尺寸较大,仅4-5个柱状晶粒,没有明显的择优取向。无电流载荷情况下,Cu6Sn5在Sn晶内的生长较慢,在不同取向Sn内的生长没有明显区别,即使在取向与c轴成11.42?的小角度晶粒中没有发现Cu6Sn5快速生长,而在晶界的生长速度较快。由此建立了IMC生长模型,认为在IMC演变过程中,Cu原子以晶界扩散为主,体扩散为辅,Cu原子在Sn晶界与Cu/Sn晶界交汇位点富集,Cu6Sn5形核长大。由于焊料层晶粒尺寸较大,晶界少、体扩散距离大,Cu/哑光Sn体系中IMC生长速度较慢,实验证明,其界面反应常数为4.51×10-17 m2/s,约是Cu/光亮Sn体系的1/2。Ni阻挡层抑制微凸点界面IMC生长和空洞形成的效果明显,有利于改善微凸点互连可靠性。时效后,Ф5μm Cu/500nm Ni/Sn体系中IMC成分、生长速度和空洞情况与Cu/Sn体系不同。含Ni阻挡层的铜柱微凸点中,IMC主要成分为（Cu,Ni）6Sn5,无Cu3Sn相生成;IMC生长速度较慢,反应常数为5.52×10-18 m2/s,是Cu/Sn体系的1/16;长时间时效,界面无柯肯达尔空洞产生。Ni层对Cu原子扩散的阻挡作用、（Cu,Ni）6Sn5较高的稳定性以及Ni/Sn较慢的反应速度均能有效减缓界面IMC特别是Cu3Sn的生长,抑制空洞形成,从而改善互连可靠性,这对小型化趋势下微凸点的实际应用具有重要的指导意义。