随着智能终端、云计算和人工智能等技术的爆发式增长,人们对半导体存储器的有着越来越大的需求。3D NAND通过立体堆叠存储单元,突破了传统的NAND Flash的缩放限制,成为下一代存储器的主流产品。3D NAND的出现带动了下游封装行业的蓬勃发展,目前NAND封装多采用三维堆叠形式,引线键合以其低成本和应用广泛的特点,依然是实现3D NAND堆叠封装的主流技术。而由于国内NAND Flash行业起步较晚,有关3D NAND的立体结构对键合工艺参数的影响,以及较薄的焊盘带来的可靠性问题都是不够了解的。1.键合工艺的质量决定了实现芯片和外界的稳定电气和机械连接。在对键合工艺的研究中,首先用纳米压痕的方法对传统NAND和3D NAND芯片的焊盘机械特性进行了表征,3D NAND焊盘由于其较厚的电路层结构,其硬度载荷曲线会滞后于平面NAND,整体硬度会比平面NAND要小;在此基础上通过DOE实验设计,系统的研究了第一焊点的键合工艺,主要探究了超声电流、C/V值和键合温度等输入参数焊球尺寸、焊球厚度、拉伸强度和剪切强度等输出参数的影响,并且通过化学腐蚀的方法分离了键合界面,重点观察了键合界面金属间化合物面积以及焊盘形貌。最后还发现了初始键合力和键合时间的增大有助于提高键合强度。2.键合界面的金属间化合物对焊点键合强度有重要影响。在键合界面金属间化合物的研究中,首先对键合后的样品进行一系列的表征,发现键合界面主要生成了三层金属间化合物,分别为Au4Al、Au8Al3和Au Al2。其中Au8Al3占据了IMC的主体。同时在Au4Al和焊球之间发现了孔洞。在24h的退火实验中,发现底面键合界面IMC面积不断增大;IMC的厚度也不断增加,三层IMC Au8Al3增厚最为明显,其余两层略有增厚;在Au8Al3和Au4Al之间也发现了孔洞。对比传统的厚焊盘,发现铝层较薄的3DNAND焊盘IMC生长速度较慢,原因是薄焊盘铝原子数量不足抑制了铝的扩散。最后从热力学和动力学对IMC生成顺序做了探讨:Au8Al3作为生成焓负值最大的一相,在三种IMC中优先生成;但Au8Al3层的变厚限制了Au和Al的扩散,所以在两边会受限于反应物而生成Au4Al和Au Al2。3.产品的使用条件和寿命是用户最关心的,提升器件寿命是封装可靠性的研究的目标。在对可靠性的研究中,采用UHAST（无偏压高加速应力测试）实验对键合点的进行了较系统的可靠性测试,通过一系列表征研究了失效机理。透射电镜显示在焊球和IMC界面受到严重腐蚀,结合EDS和选区电子衍射,确定了腐蚀相为Au4Al以及腐蚀产物为Al2O3。腐蚀的动力来自Al的扩散,从热力学的观点来看,Au4Al要比Au8Al3更加不稳定,同时在Au4Al的两侧在IMC生长过程中容易有柯肯达尔孔洞的集中,这给水气和外界杂质提供了通道,最终导致在该处腐蚀的发生。由于薄焊盘的IMC生长缓慢,短时间的退火无法生成较厚的IMC层,我们通过增加退火时间生成较厚的IMC层主要为（Au8Al3）以此作为Al扩散的阻挡层,减缓Au4Al的生成,达到了提高键合界面高温高湿可靠性的目的。