随着微电子行业的快速发展,电子产品不断地向着小型化、高集成度、多功能、低成本的方向迈进。传统的方式是通过减小器件的特征尺寸,从而降低功耗、增加集成度,而三维集成技术通过让芯片在垂直方向的堆叠,进而解决了传统微电子工艺逐渐接近物理极限的问题,国外对该技术有着广泛的研究。多层芯片键合是三维集成技术的关键之一,不同层的硅片通过键合实现结构和电学上的互连。本文围绕三维集成技术中的多层芯片键合工艺,以及键合界面的可靠性展开研究,提出使用电镀实现两层硅通孔键合的方案。首先对电镀键合工艺进行研究,内容包括利用湿法进行硅通孔的刻蚀、利用热氧化法实现硅通孔绝缘层的氧化、利用磁控溅射法实现通孔阻挡层的淀积、以及使用仿真对电镀键合工艺的研究。其次,分别对三维集成铜-铜热扩散键合工艺、铜-锡共晶键合工艺、电镀键合工艺的热可靠性问题、电学可靠性问题、热电耦合的可靠性问题进行了仿真。最后仿真了三种键合工艺的电学性能,以及在高低温冲击实验中的热疲劳问题。基于实验和软件仿真完成了多层芯片的键合。通过多物理场分析,研究了不同键合工艺对键合界面可靠性的影响。