玻璃通孔(TGV)之電鍍銅金屬化處理及其微結構改質：材料世界網

李承宇、許珮嘉、楊兆羽、何政恩 / 元智大學化學工程與材料科學學系

在異質整合封裝中，中介層主要作為訊號重分佈與電氣互連的橋梁。在透過結合重佈線層(RDL)與多層金屬互連技術後，中介層即可有效地提升I/O數量、優化訊號傳輸效率，並降低寄生效應與功率損耗。近來，玻璃已逐漸成為取代傳統矽晶圓及有機基板之中介層材料。本報導取材自『Through glass via (TGV) copper metallization and its microstructure modification』一文，透過電子背向散射繞射(EBSD)及有限元素分析(FEA)模擬，探討如何提升玻璃通孔(TGV)之電鍍銅的微結構及均勻性。研究發現，利用調控電流密度及電鍍時間的多階段電鍍方法，即可有效提升TGV孔壁電鍍銅的均厚能力(TP)。此外，經由電鍍參數的調整亦能產生較大的銅晶粒尺寸伴隨高比例的大角度晶界(HAGBs)與雙晶晶界(TBs)。均厚能力與微結構的優化可增進TGV孔壁電鍍銅的機械與電氣特性，有益於異質整合封裝品質的提升。

【內文精選】

TGV孔壁金屬化的挑戰

如同矽基板一般，以玻璃作為中介層的核心架構亦是透過貫穿整個基板的通孔結構(簡稱玻璃通孔(Through Glass Via; TGV))，並將其孔壁金屬化或整孔填充導電物質，以實現垂直訊號與電力的高效傳輸。就現況而言，TGV金屬化製程的技術瓶頸大致有二：其一為通孔的製作，其二則是玻璃孔壁的金屬化。通孔的製作常以雷鑽(Laser Drilling)方式來進行。然而，與傳統矽晶圓或有機基板不同的是，玻璃材質透光而難以吸收雷射光能量，導致雷鑽工作極具挑戰。現行多將玻璃基板先進行一道化學加工處理，其後再施以雷射鑽孔。也由於光源能量會隨鑽孔深度而逐漸衰減，故雷鑽孔徑將由表面往內逐漸縮小。通孔製作則由基板兩面對稱地往內鑽，故多呈X形孔(圖一)，以克服板厚困擾，並增進鑽孔效率。

圖一、X形玻璃通孔示意圖及電鍍銅均厚能力評估

TGV孔壁金屬化技術更是一門相當專業的技術。其中，電鍍銅為目前業界廣泛採用的孔壁金屬化方法。然而，如同矽基板或有機基板一般，玻璃本身亦不導電。因此，電鍍前須先以濺鍍/化鍍方式鍍上一層導電層，方能施以電鍍銅製程。

提高TGV孔壁金屬化的均勻性策略

1. 單階段直流電鍍

圖二為單階段直流電鍍後，TGV結構的橫截面影像：圖二(a)為電流密度j =1 ASD、圖二(b) j = 2 ASD、圖二(c) j = 5ASD。金相分析結果顯示，在 j = 1 ASD、j = 2 ASD及j = 5 ASD的條件下，均厚能力(TP)分別為78%、70%及65%。此一結果說明，降低電流密度有助於顯著提升TGV孔壁金屬化的均勻性，其缺點則是大幅增加了鍍製時間(9.1 min → 45.5 min) ---以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。