ECTC 2026 | Tohoku University | Chemically Tailored Cu-Electroplating and Contactless Isostatic Annealing of 1-mm-Thick Full Glass Wafer Cu Through-Glass-Vias

6月29日
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玻璃基板要當先進封裝的 interposer，得先解決一件硬事：怎麼把又深又直的「玻璃通孔（TGV）」用銅填滿、不留空洞，而且銅要夠好。日本東北大學在 ECTC 2026 給了一套完整解法。第一步用「無電鏀鏍」當側壁種子層（取代沙不勻的濺鏀），在 1 mm 厚玻璃、深寬比高達 100:1 的直孔裡也能均勻覆蓋。第二步用「化學調配過的修飾型保形電鏀（MCEP）」——專門配的鏀液 Bath B 壓住孔口電流聚集，避免提早封口、把銅從頭到尾無空洞填滿。第三步最妙：用「熱均壓（HIP）退火」取代一般爐退火，長出超大銅晶粒（>40–45 µm）、楊氏模數低（<60 GPa）——晶粒大導電好、銅軟能吸熱應力，對可靠度與電性雙贏。一句話：玻璃 TGV 的「填得滿、銅夠好」這兩關，東北大用無電鏀鏍＋化學電鏀＋HIP 退火一次打通。

1. 論文背景：玻璃 interposer 的第一關是 TGV 填銅

這篇來自日本東北大學（仙台）與 T-Micro、JCU，發表於 2026 IEEE 第 76 屆 ECTC。玻璃基板做 interposer 的流程跟矽 interposer 類似，三大塊：蝕刻成孔（TGV）、填銅＋CMP、做 RDL。其中 TGV 又分直孔與蝴蝶孔；高密度互連陣列要靠直孔才做得出來，但直孔又深又難填。

兩個老難題：一是種子層——高深寬比直孔用濺鏀（PVD）覆蓋差，側壁 Ti/Cu 常斷裂、中段鏀不到；二是填孔——一般鏀液在孔口鏀太快會提早封口、中段留空洞。玻璃當先進封裝基板的賽道脈絡，見玻璃基板不再是 PPT 技術：TGV 賽道為什麼在 2026 一次到位；封裝端整合全景見 CPO 的勝負不在光，而在封裝——John Lau 講透 PIC/EIC 異質整合。

Fig. 1：1 mm 厚玻璃晶圓上 100 µm 直徑 TGV 結構光學影像。圖片來源：Tohoku University, ECTC 2026 - Fig. 1

2. 核心問題：把整篇論文濃縮成一句話

這篇論文要證明的是：能不能把 1 mm 厚玻璃上的高深寬比直 TGV 用銅無空洞填滿、且讓銅有大晶粒/好電性/好可靠度。

答案是肯定的——靠無電鏀鏍種子層＋化學調配電鏀（MCEP）＋HIP 退火三招。

3. 關鍵圖表逐一解析

3.1 這張圖展示了「無電鏀鏍種子層解了側壁覆蓋」

這組圖（Fig. 2）是種子層。高深寬比直 TGV 最難的是均勻鏀上黏著/種子層，否則做不出液密/氦密的孔。團隊優化無電鏀鏍（EL-Ni）的浴溫、pH、濃度，在側壁 SiO₂ 上鏀出連續保形的鏍膜——A/R 10、100 µm 直徑孔內鏍厚 1.7–2 µm、保形度 0.85。這 85% 的側壁覆蓋就足以讓後續銅電鏀完整填滿。無電鏀鏍比濺鏀便宜又可靠，是繞過 PVD 覆蓋限制的關鍵。

3.2 這張圖展示了「化學調配電鏀把孔填到無空洞」

這組圖（Fig. 4、Fig. 5、Fig. 10）是填孔。比兩種鏀液：Bath A（為盲孔 bottom-up 優化）銅離子濃度高、孔口鏀太快，中段嚴重 pinch-off 留大量空洞；Bath B（MCEP）銅離子濃度低、壓住孔口電流聚集，整流劑分子均勻錦定在側壁，銅從頭到尾均勻沉積、無空洞近乎無縫。電阻：Bath A 約 5 mΩ（有空洞）、Bath B 約 3.5 mΩ，比計算值還低，證明 Bath B 達到近超保形填充。

重點：填孔不是鏀越多越好，是要靠化學把「孔口別鏀太快」這件事控制住。

3.3 這張圖展示了「HIP 退火長出超大銅晶粒、銅變軟」

這組圖（Fig. 9、Fig. 10、Fig. 12）是退火。一般大氣爐退火銅晶粒小（<15 µm）、雜亂、含非金屬相。改用 熱均壓（HIP，20 MPa N₂）退火後，Bath B 的銅晶粒超大（>45 µm）、強結晶取向——這對低電阻 TGV 至關重要。而且 HIP 退火後的銅楊氏模數低（<60 GPa）、較軟，能吸收熱循環時的熱應力，提升玻璃基板的熱機械可靠度。晶粒大導電好、銅軟抗熱應力——電性與可靠度雙贏。

4. 技術亮點

第一個亮點是無電鏀鏍種子＋MCEP 化學填孔：用便宜可靠的無電鏀鏍解決高 A/R 直孔的側壁覆蓋，再用專配鏀液 Bath B 壓住孔口電流聚集、無空洞填滿——單步驟把難填的直 TGV 填到近乎無縫。

第二個亮點是HIP 退火的晶粒工程：非接觸的熱均壓退火長出 >45 µm 超大晶粒、低楊氏模數，同時給低電阻與好熱機械可靠度。這把「填得滿」延伸到「銅夠好」，是玻璃 TGV 真正能用的關鍵。

5. 產業連結：離量產有多遠？誰受益？

距離：成熟度偏「材料/製程驗證」——填孔、電阻、晶粒、楊氏模數都驗了，且用的是可量產傾向的無電鏀與電鏀化學、HIP 退火。但這是學術＋設備夥伴的製程示範，整片 1 mm 厚玻璃晶圓的良率、RDL 整合、與真實 interposer 產品的對接還要走。

受益者：最直接是 玻璃基板/TGV 與電鏀化學生態系（呼應 Corning、TGV 賽道的材料端），以及想用厚玻璃做高頻/高效能 interposer 或顯示應用的封裝廠。要冷靜的是：玻璃 TGV 與矽 TSV、有機 interposer 是不同路線的競合——玻璃贏在低損耗、低介電、可做厚基板與大面板，但脆性、與既有 CMOS/封裝線的整合、量產良率仍是它要證明的。這篇補的是「玻璃 TGV 填銅」這個底層卡關。

6. 總結

這篇論文該被記住的一句話是：玻璃 TGV 的「填得滿 × 銅夠好」兩關，東北大用無電鏀鏍種子＋化學調配電鏀（MCEP）＋HIP 退火一次打通——1 mm 厚玻璃、A/R 100:1 直孔也能無空洞填滿、長出 >45 µm 超大晶粒。對追蹤玻璃基板的人，觀察點是：玻璃要上位，先得讓 TGV 填銅這個底層製程穩、銅晶粒好，東北大把這塊往前推了一大步。

參考資料

Murugesan Mariappan, Hiroyuki Hashimoto, Takafumi Fukushima 等（Tohoku University）與 Kiyoharu Mori（T-Micro）、Masahiro Sawa, Jinta Nampo（JCU）, "Chemically Tailored Cu-Electroplating and Contactless Isostatic Annealing of 1-mm-Thick Full Glass Wafer Cu Through-Glass-Vias," 2026 IEEE 76th ECTC.