臺灣博碩士論文加值系統

先進封裝為目前半導體的主流，其發展與通孔互連技術的演進和加工精度的
提高息息相關。 在高密度、高集成度先進電子系統時代，實現高性能 SiP 和 AiP
應用的仲介層和基板至關重要。 TGV(Through Glass Via)是穿過玻璃基板的垂直
電氣互連。與 TSV（Through Silicon Via）相對應，作為一種可能替代矽基板的材
料被認為是下一代三維集成的關鍵技術。TGV 以高品質硼矽玻璃、石英玻璃為
基材，通過種子層濺射、電鍍填充、化學機械平坦化、RDL 再佈線，bump 工藝
引出實現 3D 互聯。 TGV 是直徑通常為 10μm-100μm 的微通孔。對於先進封裝
領域的各種應用，每片晶圓上通常需要應用數萬個TGV通孔並對其進行金屬化，
以獲得所需要的導電性。電鍍銅填充是 TGV 技術的關鍵工藝，如何實現高深寬
比的 TGV 的電鍍銅填充一直是業界的難點問題。影響 TGV 電鍍填充效果的因
素有很多，比如 TGV 的尺寸、形貌，種子層的厚度、連續性，預處理工藝等。
本文主要從電鍍藥液條件以及電鍍電鍍設備的設計這兩個方面來研究 TGV 填
充工藝。透過通過設計的優化調整，為 TGV 技術的量產應用做出一些貢獻。

Advanced packaging is currently the mainstream of semiconductors, and its
development is closely related to the evolution of through-hole interconnect technology
and the improvement of processing accuracy. In the era of high-density, highlyintegrated advanced electronic systems, interposers and substrates that enable highperformance SiP and AiP applications are critical. TGV, Through Glass Via, is a vertical
electrical interconnection through a glass substrate. Corresponding to TSV (Through
Silicon Via), it is considered a key technology for next-generation 3D integration as a
possible alternative to silicon substrates. TGV uses high-quality borosilicate glass and
quartz glass as the substrate, and realizes 3D interconnection through seed layer
sputtering, electroplating filling, chemical mechanical planarization, RDL rewiring, and
bump process. TGVs are microvias typically 10 μm-100 μm in diameter. For a variety
of applications in advanced packaging, tens of thousands of TGV vias are typically
applied and metallized per wafer to achieve the required conductivity. Electroplating
copper filling is the key process of TGV technology, and how to achieve electroplating
copper filling of TGV with high aspect ratio has always been a difficult problem in the
industry. There are many factors that affect the filling effect of TGV plating, such as the
size and topography of TGV, the thickness and continuity of the seed layer, and the
pretreatment process. In this paper, the TGV filling process is mainly studied from two
aspects: the conditions of electroplating chemical solution and the design of
electroplating equipment. Through the optimization and adjustment of the design, it has
made some contributions to the mass production and application of TGV technology.

Abstract...........................................................................................................................i
摘要...............................................................................................................................iii
致謝...............................................................................................................................iv
目次................................................................................................................................v
表目錄.........................................................................................................................viii
圖目錄...........................................................................................................................ix
第一章 緒論..................................................................................................................1
第一節 TGV 電鍍銅技術的背景與意義 ...........................................................1
第二節 TGV 電鍍銅填充技術概述 ....................................................................4
第三節 論文架構..................................................................................................9
第二章 高深寬比 TGV 電鍍銅填充技術的理論基礎 .............................................11
第一節 TGV 技術原理 ......................................................................................11
壹、 TGV 的定義 ......................................................................................11
貳、 TGV 的工作原理 ..............................................................................12
參、 TGV 填充機理概述 .........................................................................13
第二節 電鍍銅填充原理....................................................................................16
壹、 電鍍過程............................................................................................16
貳、 銅填充機理........................................................................................18
第三節 高深寬比的影響因素............................................................................19
壹、 幾何參數............................................................................................19
貳、 材料特性............................................................................................20
目次
v
第三章 高深寬比 TGV 電鍍銅填充工藝 .................................................................21
第一節 工藝流程................................................................................................21
壹、 前處理................................................................................................21
貳、 電鍍過程............................................................................................22
參、 後處理................................................................................................23
第二節 工藝參數優化........................................................................................25
壹、 溫度控制............................................................................................25
貳、 電流密度............................................................................................25
第三節 工藝參數優化........................................................................................27
壹、 缺陷分析............................................................................................27
貳、 解決方案............................................................................................29
第四章 TGV 電鍍設備設計 ......................................................................................31
第一節 預濕工藝................................................................................................31
壹、 台灣先進系統設備和其他家真空潤濕不同點................................31
貳、 台灣先進系統設備真空潤濕說明....................................................31
第二節 流場設計................................................................................................32
壹、 台灣先進系統設備和其他家真空潤濕不同點................................32
貳、 台灣先進系統設備真空潤濕說明....................................................33
第三節 制具設計................................................................................................34
第五章 高深寬比 TSV 無孔洞填充藥水測試........................................................35
第一節 實驗設計................................................................................................35
第二節 實驗過程................................................................................................35
第三節 結果討論................................................................................................39
第六章 結論與未來發展............................................................................................41
目次
vi
第一節 結論........................................................................................................41
第二節 未來展望................................................................................................41
參考文獻......................................................................................................................44

[1]冉景楊.兩層晶元堆疊鍵合和片內 TSV 填充的一體化技術研究.貴州大學，
2023.DOI：10.27047/d.cnki.ggudu.2023.001233.
[2]劉玄玄.陣列式微通道原位液相表徵器件的研發與應用.東南大學，
2022.DOI：10.27014/d.cnki.gdnau.2022.002961.
[3]周靜.基於 TGV 技術的帶通濾波器研究.電子科技大學，2022.DOI：
10.27005/d.cnki.gdzku.2022.000850.
[4]陳曉茜.光敏微晶玻璃微加工技術及傳輸性能研究電子科技大學，2022.DOI：
10.27005/d.cnki.gdzku.2022.000635.
[5]吳道偉.高密度 2.5D TSV 轉接板關鍵技術研究.西安電子科技大學，
2021.DOI：10.27389/d.cnki.gxadu.2021.000213.
[6]梁天鵬.低損耗可光刻玻璃及通孔技術研究.電子科技大學，2021.DOI：
10.27005/d.cnki.gdzku.2021.000057.
[7]施建磊.三維集成系統中矽通孔的製備工藝研究貴州大學，2020.DOI：
10.27047/d.cnki.ggudu.2020.001270.
[8]曲晨冰.矽通孔微波耦合特性及三維集成微波無源濾波器研究西安電子科技大
學，2019.DOI：10.27389/d.cnki.gxadu.2019.003195.
[9]羅江波.高性能矽轉接板的系統設計及集成製造方法研究上海交通大學，
2019.DOI：10.27307/d.cnki.gsjtu.2019.000514.
[10]蔡涵. TSV 轉接板集成微流道工藝及散熱特性測試分析廈門大學，2019.
[11]胡睿，潘艷橋，楊翊，等.面向高深寬比微細嵌入式金屬網格結構的選擇性
鍍銅工藝[J/OL].微納電子技術，1-8[2024-05-15].
https：//doi.org/10.13250/j.cnki.wndz.24050502.
45
[12]蘇少雄，孫雲娜，宋嘉誠，等.微模具重複利用的高深寬比銅微結構微電鑄
複製技術.微納電子技術，2024,61（04）：168-175.DOI：
10.13250/j.cnki.wndz.24040501.
[13]馬盛林，王燕，陳路明，等. TSV 電鍍銅添加劑及作用機理研究進展中國科
學：化學，2023,53（10）：1891-1905.
[14]吳蘊雯，杭弢，凌惠琴，等.晶片高密度互連電子電鍍成形與性能調控技術
研究中國科學：化學，2023,53（10）：1835-1852.
[15]馬盛林，陳路明，張桐銓，等. TGV 通孔雙面電鍍銅填充模式調控及工藝可
靠性試驗研究.中國科學：化學，2023,53（10）：2068-2078.
[16]王美玉，張浩波，胡偉波，等.三維系統級封裝（3D-SiP）中的矽通孔技術
研究進展.機械工程學報，1-16[2024-05-15].
HTTP：//kns.cnki.net/kcms/detail/11.2187.th.20230828.1150.052.html.
[17]張思勉，鄧曉楠，王宇祺，等.后摩爾時代晶元互連新材料及工藝革新.中國
科學：化學，2023,53（10）：2027-2067.
[18]金磊，楊家強，趙弈，等.面向積體電路產業的電子電鍍研究方法.中國科
學：化學，2023,53（10）：1822-1834.
[19]鍾毅，江小帆，喻甜，等.晶片三維互連技術及異質集成研究進展電子與封
裝，2023,23（03）：18-28.DOI：10.16257/j.cnki.1681-1070.2023.0041.
[20]諶可馨，高麗茵，許增光，等.先進封裝中矽通孔（TSV）銅互連電鍍研究
進展科技導報，2023,41（05）：15-26.
[21]褚曉虹，陳峰，胡旭，等. TSV 關鍵工藝設備特點及國產化展望中國設備工
程，2023，（03）：18-20.
[22]魏紅軍，謝振民，雷光宇.高深寬比的 TSV 鍍銅工藝技術研究電子工業專用
設備，2022,51（05）：43-46.
46
[23]朱晶，卓鴻俊，朱立群.電化學沉積等表面技術在積體電路製造中的作用中
國表面工程，2022,35（04）：248-256.
[24]紀執敬，凌惠琴，吳培林，等.玻璃通孔三維互連鍍銅填充技術發展現狀電
化學，2022,28（06）：46-65
[25]趙廣宏，薛彥鵬，汪郁東，等. MEMS 技術中的電鍍工藝及其應用.遙測遙
控，2022,43（01）：29-40.
[26]徐罕，朱亞軍，戴飛虎，等.晶圓級封裝中的垂直互連結構[電子與封裝，
2021,21（10）：89-96.DOI：10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.1007.
[27]陳力，楊曉鋒，於大全.玻璃通孔技術研究進展電子與封裝，2021,21
（04）：5-17.DOI：10.16257/j.cnki.1681-1070.2021.0401.
[28]周苗淼，張雨，沈喜訓，等.三維封裝矽通孔銅互連電鍍工藝研究進展電鍍
與塗飾，2021,40（05）：358-361.DOI：10.19289/j.1004-227x.2021.05.008.
[29]劉曉陽，陳文錄.矽通孔轉接板關鍵工藝技術研究——TSV 成孔及其填充技
術[印製電路資訊，2019,27（11）：35-40.
[30]林來存，王啟東，邱德龍，等.基於光敏玻璃的垂直互連通孔模擬與電鍍工
藝研究北京理工大學學報，2018,38（01）：52-57.
[31] https://mp.weixin.qq.com/s/2wZchXxuN_n3unFqGz9WyA
[32] https://mp.weixin.qq.com/s/oR54dQF1hJyCnlAePiptTA