随着半导体技术的飞速发展,半导体工艺已逐渐接近原子尺寸级别,晶圆级封装、微纳结构互连以及3D封装等先进封装技术已成为延续摩尔定律的重要方式,成为目前研究的热点方向。作为新型封装技术中的关键环节,凸点互连结构承担着电气连接、热耗散和机械连接等重要作用。而凸点表面形貌及UBM层薄膜结构直接影响了凸点质量的好坏进而决定着后续封装结构的性能与可靠性。研究表明在电沉积凸点以及溅射沉积UBM薄膜的制备工艺中,工艺参数严重影响着镀层质量以及表面形貌。但由于实验条件的局限,无法直接观测到镀层生长的微观过程,限制了人们对其形貌结构变化机理的研究。而分子模拟技术能够在原子水平揭示镀层的生长机制及微观结构的变化规律,以弥补实验研究中的不足。因此,本文分别采用动力学蒙特卡洛方法与分子动力学方法,在原子尺度模拟电沉积法制备Au凸点及物理溅射法制备Au/Pt凸点下UBM层薄膜的工艺过程。从微观角度出发,针对镀层生长的微观机理进行研究,并揭示了不同沉积参数对镀层微观形貌与结构的影响,主要研究内容与结论如下:1.采用分子动力学研究沉积参数对溅射沉积薄膜表面粗糙度的影响中发现:(1)提高沉积能量,有助于降低薄膜表面粗糙度,当Au原子沉积能量从0.1e V增加至20e V时,薄膜表面的均方根粗糙度与平均粗糙度分别从4.343?和3.743?下降至2.487?和1.934?,且空位与缺陷数量减少,表面质量显著提升。(2)较高的基底温度下,薄膜表面原子高度分布更均匀,粗糙度更低。当基底温度为300K时,薄膜表面的均方根粗糙度与平均粗糙度分别为3.868?和3.195?,温度升高至700K时,均方根粗糙度与平均粗糙度分别降低至2.161?和1.887?,表面粗糙度明显下降。(3)由于阴影效应,入射角度增加会使沉积原子容易被原子岛的顶部捕获,而无法到达原子岛之间的空隙,导致表面原子高度差异增大。入射角度从0°增加到60°时,薄膜的表面均方根粗糙度与平均粗糙度分别从3.363?和2.854?增加至4.526?和3.821?,薄膜的表面粗糙度显著增高。2.研究了沉积参数对Au薄膜与Pt基底界面混合程度的影响,结果表明:(1)沉积能量升高会使沉积原子对基底表面的破坏程度增大,大量Au原子能够进入基底表面并发生明显混合现象。沉积能量为20e V时,基底表面层中Au原子所占比例达到0.343,Au原子最高可扩散至基底下方第3个原子层内。(2)较高的基底温度加快基底原子与沉积原子的相互作用频率,导致膜基原子混合加剧。基底温度为700K时,基底表面层中Au原子比例为0.311,界面处发生明显混合。(3)入射角度的变化对界面混合的影响较小,增大入射角度对薄膜界面混合程度有所减弱,这是因为沉积原子在垂直基底方向的速度分量减小,使得原子不容易进入基底内部。3.电沉积法制备Au凸点的动力学蒙特卡洛模拟研究结果表明:(1)在较低的沉积电压、较低的离子浓度以及较高的镀液温度下,镀层表面所形成的原子岛尺寸更大,空位与缺陷较少且形貌更趋于光滑。沉积电压升高、离子浓度增加以及镀液温度降低都会导致表面形成孤立岛以及较多的空位与缺陷,并导致表面粗糙度增加。(2)沉积电压与镀液温度对粗糙度的影响起主导作用,离子浓度对粗糙度的影响较小。沉积电压与离子浓度的耦合作用中,电压为-0.8V,浓度为0.025 mol/L时,镀层表面的均方根粗糙度最小,为2.3631?。在镀液温度与沉积电压的耦合作用中,温度为358K,电压为-0.8V时,均方根粗糙度最小,为2.2179?。在离子浓度与镀液温度的耦合作用中,浓度为0.025mol/L,温度为358K时,表面均方根粗糙度最小,为2.3571?。因此最优电沉积工艺参数为沉积电压-0.8V、镀液温度358K、离子浓度0.025mol/L。(3)对比不同沉积参数下的迁移事件可以发现,沉积电压与镀液温度对迁移事件的影响较大,温度的升高会使原子迁移次数显著增加,而电压的增加会导致原子迁移事件大量减少,离子浓度对于迁移事件的影响较小。当迁移的事件数量增多时,凸点表面的形貌趋于平坦光滑,粗糙度显著降低。