三维封装硅通孔(TSV)技术由于其具有较高的互连密度和更短的互连长度,进而能实现更好的电性能、更低功耗,更小尺寸以及更轻的质量而成为电子封装技术发展的主流。然而在TSV制造和后续使用的过程中,由于铜和硅的热膨胀系数差异较大,当受到高温时,铜受热膨胀且受到周围硅的约束,铜柱向上“凸出”产生不可逆的塑性变形并在TSV中产生较大的热应力,导致TSV结构产生裂纹、孔洞,以及表面介电材料的破坏,对器件的可靠性造成很大的影响。本文主要研究了热处理对TSV铜柱凸出现象的影响规律和机理及其应力的状态解析,主要内容和结论如下:1.实验研究了热处理温度,升温的速率,保温时间和退火次数等不同热处理条件对Cu-TSV凸出变形的影响,通过SEM和FIB等分析来探究Cu-TSV变形的主要机制。结果表明,Cu-TSV凸出随着热处理温度升高而增大,且当温度高于300℃时,凸出变形较为明显。此外热处理升温速率也是影响变形的主要参数。不同热处理条件下Cu-TSV凸出变形的主导机理也不同,其中主要的影响因素是晶粒长大和TSV结构中的应力。电镀后铜进行退火处理,且保证后续的热处理温度低于这个退火温度,可以减少Cu-TSV凸出变形的现象。2.通过显微拉曼研究Cu-TSV附近硅的应力分布,以及热处理过程中(高温和室温下)硅的应力变化,并分析不同热处理温度下应力和Cu-TSV凸出变形的关系。最后通过纳米压痕实验分析铜的弹性模量变化,与硅的应力变化趋势进行拟合。结果证明,Cu-TSV及其附近硅的残余应力随着热处理温度升高而增大,且与Cu-TSV凸出变形的变化规律一致,Cu-TSV结构中的轴向应力及其在垂直方向的分布是影响Cu凸出变形的主要因素。