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随着微电子产品不断向多功能、高密度及微小化方向快速发展,二维大规模集成电路（Integrated Circuit,IC）制造技术已经接近物理极限,三维硅通孔（Through Silicon Via,TSV）集成成为突破这极限的最佳技术方案,能够使微电子产品遵循的摩尔定律得以延续。在未来几年,三维TSV集成体中微互连点尺度将缩减到10μm左右,这将使其面临新的可靠性难题:在加热键合时堆栈集成的芯片会压塌下层芯片重熔的钎料微互连点,导致微互连点性能失效;在热循环服役条件微互连点将承受更大的热应力,与增大的脆性金属间化合物（Intermetallic Compounds,IMCs）占比偶合,更加快微互连点提前失效。IMCs为微互连点的界面冶金连接材料,其具有高温、高硬度及高强度等性能特征,且表现出极强的抗疲劳性能。如果钎料微互连点中的钎料全部转化成IMCs,形成仅由IMCs构成的微互连点,将能解决钎料微互连点即将面临的难题。在典型的微互连点IMCs中,Ni3Sn4相较与其它两种IMCs（Cu6Sn5和Cu3Sn）具有熔点高、单相结构稳定和机械强度高等优点,更为重要的是Ni和Sn在300℃下发生液固反应,只形成Ni3Sn4,这避免了Cu和Sn反应的多相IMCs结构、相变裂纹及空洞等可靠性缺陷。因此,Ni3Sn4更适合作为全IMCs微互连点材料,然而Ni和液态Sn反应形成Ni3Sn4速度慢,这意味着键合时间过长,将带来键合效率及键合可靠性问题。针对这一问题,本文研究了温度梯度辅助全Ni3Sn4微互连点的快速化制备及其形成过程中显微组织演变。通过高精度夹具调控微互连高度,制备出Ni/Sn（10μm）/Ni微互连点模拟样品;通过自制的温度梯度键合平台,采用温度梯度辅助的瞬时液相（Temperature Gradient Transient Liquid Phase,TG-TLP）键合法,制备出全Ni3Sn4微互连点,键合时间为17min;采用有限元热模拟法,计算出微互连点冷热两端界面温度梯度。通过观察微互连点在键合过程中的微观组织结构特征和比对TLP键合过程中微互连点的微观组织结构,研究了界面Ni3Sn4在热梯度条件下的快速化生长行为,分析了Ni3Sn4微互连点形成过程中的微观组织演变,探讨了其快速化生长动力学的影响机制,并对全Ni3Sn4微互连点的力学性能及电学性能进行表征。试验结果表明:在TG-TLP键合过程中冷端界面Ni3Sn4明显厚于热端界面Ni3Sn4,呈现出非对称性生长现象,随着键合时间的增加,这一非均匀化生长现象表现得更为显著;在键合初期冷端界面Ni3Sn4形貌主要为长棒状,含有少许小块状,热端界面Ni3Sn4形貌仅为短棒状,随着键合时间的增加冷端界面块状Ni3Sn4快速长大及增多,棒状Ni3Sn4减少,这主要因为大块状Ni3Sn4通过熟化快速生长和棒状Ni3Sn4合并;TLP键合过程中微互连点两端界面Ni3Sn4厚度和形貌完全一致,键合时间为48min,比较出TG-TLP键合法比TLP键合法快近3倍。通过测量不同时间节点界面Ni3Sn4厚度,构建出Ni3Sn4动力学方程,结果表明:TG-TLP键合过程中冷端界面Ni3Sn4的生长系数n为0.81,服从直线规律,由界面反应控制;热端界面Ni3Sn4的生长系数n为0.27,服从抛物线规律,由晶界扩散控制。这主要因为温度梯度驱动热端界面Ni原子向冷端界面定向扩散,为冷端界面Ni3Sn4快速生长提供了充足的反应Ni原子,而冷端界面Ni3Sn4主要处于溶解和生长的动态平衡状态。此外,常规瞬时液相（Transient Liquid Phase,TLP）键合（键合温度为TG-TLP键合时钎料层的热端温度）制备出Ni3Sn4微互连点所用时间相比,TG-TLP键合形成Ni3Sn4微互连点的速度约比TLP键合快3倍,因此通过热梯度加速全Ni3Sn4微互连点的效果明显。拉伸试验结果表明:全Ni3Sn4微互连点的拉伸强度为180.8 MPa,比回流后纯Sn微互连点的拉伸强度97.3MPa高出近一倍。同时,通过对微互连点电阻率进行测试,结果显示全Ni3Sn4微互连点的平均电阻率5.834μ?·cm低于回流后纯Sn微互连点的平均电阻率5.993μ?·cm。该研究结果表明,TG-TLP键合方法能够快速制备出全Ni3Sn4微互连点,且形成的微互连点具有单相、高温及力学性能等优点,能够解决微互连点即将面临的可靠性难题。因此,TG-TLP键合方法为三维TSV芯片堆叠提供了一种很有前途的解决方案。