TGV金属化工艺之种子层形成

玻璃通孔作为一种新兴方案，以其优异的热机 械稳定性、低介电损耗和高频兼容性，成为后摩尔 时代半导体封装的关键驱动。TGV金属化工艺是实 现可靠电学连接的核心，包括黏附层沉积、种子层形成及电镀填充3大环节。

TGV 种子层

其中，种子层沉积对于实现高深宽比玻璃通孔的无 缺陷金属填充至关重要，需要确保在光滑的玻璃表面及通孔侧壁上形成均匀保形的种子层。因此，种子层需要更加可靠的沉积技术以避免后续电镀环节产生缺陷，进而影响整体的可靠性。

TGV种子层技术主要沿物理溅射与化学镀两条路径发展。

1. 磁控溅射技术

磁控溅射通过优化功率与气体掺杂(如加N₂)来改善高深宽比孔内的覆盖均匀性，但保形性差与成本高的根本问题未解。

ZHOU等研究了磁控溅射在TGV内壁的薄膜 生长机制，通过结合元胞自动机与蒙特卡罗方法建 立了理论模型。通过研究表明，提高溅射功率 (100 W→200 W)及在Ar中添加少量N2 (40 sccm Ar→ 40 sccm Ar-2 sccm N2)可显著提升TGV中心区域的共形覆盖率。验证了提高粒子动能与降低成核势垒对改 善沉积均匀性的有效性，为三维集成非平面沉积工 艺提供了理论指导。

然而，磁控溅射技术在应对高深宽比(AR＞ 10﹕1)结构时依然存在台阶覆盖性差与成本高的问题，这也推动了湿法工艺的发展。

2. 化学镀技术

化学镀的研究则聚焦于绿色化与降本增效，核心是开发非甲醛还原剂(如 肼)、用银纳米粒子等替代贵金属钯催化剂，并创新 采用银纳米线或化学镀镍等材料构建种子层。

针对TGV种子层化学镀技术中钯催化剂成本高、甲醛还原剂毒性大的挑战，研究者从还原剂替代、催化剂开发及种子层材料3方面进行了探索。甲 醛是一种高效的还原剂，但其对人体的毒性不可忽 略。NOBARI等使用肼替代甲醛作为还原剂，在 玻璃上实现了无钯活化化学镀铜，获得了低电阻率 与良好附着力的铜膜，但肼的毒性仍限制其应用。 然而，肼的毒性限制了其广泛应用，促使研究者探索更安全的替代还原剂。

针对传统钯基催化剂成本问题，CHIANG等通过聚乙烯亚胺与戊二醛交联合成了胺基功能化 银纳米粒子(粒径约5 nm)作为催化中心以替代钯 (图15)，化学镀10 min可得厚度1 μm、方阻0.018 Ω/sq 的高质量铜层。研究结果表明，该银纳米粒子可有 效替代昂贵的钯胶体催化剂。

图 15 PEI-GA-Ag 纳米复合材料在玻璃基板上化学镀铜的实验流程

在种子层材料方面，LAI等利用银纳米线构建导电网络作为种子层，通过直接电镀实现了高深 宽比TGV的无空隙填充，如图16所示。银纳米线与 基板间的机械互锁效应增强了附着力，该低成本、 可扩展的方案在玻璃中介层应用中表现出优于传 统种子层的导电与机械性能。

图 16 采用银纳米线实现 TGV 孔金属化工艺示意图

镍基种子层因其成本较低且具备良好的催化活性，也成为TGV金属化的可行选项。CHEN等则在光敏玻璃TGV中采用无钯活化结合化学镀Ni–P工艺制备种子层，通过Ni–B纳米粒子催化及退火处 理，为后续电镀提供了可靠基础。这些研究为发展绿色、低成本、高性能的TGV化学镀种子层技术提 供了可行路径。有效应对了高深宽比结构带来的技术挑战。

总结

未来方向在于融合ALD等保形性更佳的技术以突破覆盖极限，并发展全湿法、一体化的低成本种子层方案。玻璃通孔(TGV)金属化的核心瓶颈在于玻璃基板的化学惰性与极高的表面平整度，这导致金属镀层与玻璃基底之间的界面亲和力极弱，极易在热机械应力作用下发生剥离。因此，在种子层沉积之前， 通过物理或化学手段引入高效黏附层或进行表面改性，已成为确保TGV结构完整性的关键。目前， 学术界已发展出从物理溅射复合膜、化学自组装单分子层(SAMs)到溶胶-凝胶氧化物过渡层等多种方案，旨在攻克界面结合力与高频介电性能之间的平 衡难题。表2汇总并对比了当前TGV关键功能层在不同制备工艺中的材料选择、性能优势与目前面临 的主要挑战。

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