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玻璃通孔工艺

本期内容来源：喻甜.玻璃通孔技术的射频集成应用研究进展；刘丹.玻璃通孔成型工艺及应用的研究进展；张迅.三维集成电子封装中TGV技术及其器件应用进展；钟毅.芯片三维互联技术及异质集成研究进展

玻璃基板作为电子信息产业的核心基础材料，由硅酸盐、石英、硼硅酸盐等高纯玻璃制成。在大规模集成电路制造中，凭借优异的电气绝缘性与热稳定性，玻璃基板充当电路板或支撑载体，为电子元件提供稳固的物理支撑与可靠的电气隔离。在平板显示器领域，玻璃基板凭借纳米级平整度与高光学透过率，成为液晶显示模组的关键基底，保障液晶分子精确有序排列，实现高保真色彩与亮度输出。

TGV（玻璃通孔）技术脱胎于 2.5D/3D 集成 TSV 转接板技术，自 2008 年萌芽以来，致力于突破传统硅基板在高频高速信号传输中的介质损耗瓶颈，同时解决硅材料成本高、工艺复杂等产业痛点。该技术聚焦于玻璃通孔刻蚀与金属化互连两大核心工艺，通过在玻璃基板上构建垂直互连通道，为三维集成提供新路径，有望成为替代硅基板的颠覆性技术。

TGV技术本质是在玻璃基板上制作垂直互连通孔，实现三维集成等功能，其具体工艺步骤有以下几个方面。

1.玻璃基板预处理

清洗：使用去离子水、有机溶剂（如丙酮、酒精）等对玻璃基板进行超声清洗，去除表面的灰尘、油污、有机物残留等杂质，保证后续工艺的洁净度。

干燥：采用氮气吹干或高温烘烤等方式，使玻璃基板表面干燥，避免水分影响后续加工。

2.通孔形成

光刻：首先在玻璃基板表面均匀涂覆光刻胶，随后利用光刻设备将通孔设计图案精准投影至光刻胶层。曝光区域的光刻胶发生光化学反应，经显影液处理后，未曝光部分被溶解去除，仅保留与通孔图案一致的光刻胶图形，这层图形将作为后续刻蚀工序的掩蔽保护层。

刻蚀：干法刻蚀常采用反应离子刻蚀（RIE），通过等离子体中活性粒子与玻璃材料的化学作用及物理轰击，沿着光刻胶掩膜的形状精确去除玻璃，从而形成通孔；湿法刻蚀则将玻璃基板浸入氢氟酸等刻蚀液中，利用化学溶解原理选择性去除玻璃材料。无论采用何种刻蚀方式，均需严格把控时间、温度、刻蚀液浓度等工艺参数，确保通孔的尺寸精度与几何形态符合设计要求。

激光诱导选择刻蚀的步骤

3.通孔清洗与表面处理

清洗：去除蚀刻过程中残留的蚀刻液、光刻胶等物质。使用特定溶剂去除光刻胶，再用去离子水多次冲洗，确保通孔内部和玻璃基板表面洁净。

表面活化：通过化学溶液（如含硅烷偶联剂的溶液）处理等方式，对玻璃表面及通孔内壁进行活化，提高后续金属化时金属与玻璃的结合力。

4.金属化

种子层沉积：通过物理气相沉积（PVD）的溅射工艺，或化学气相沉积（CVD）等方法，将铜、钛等金属均匀地沉积于玻璃基板表面及通孔内壁，形成极薄的金属种子层。这层种子层不仅能增强基板与后续填充金属的结合力，更重要的是作为电镀导电基底，为后续金属填充搭建必要的电流传导路径。

电镀：以种子层作为电极，将玻璃基板浸入含有铜等金属离子的电镀液中。在电流驱动下，金属离子在通孔内及基板表面不断沉积生长，直至完全填充通孔，形成致密的金属互连柱。整个过程中，电流密度、电镀时间、溶液温度等参数的精准调控尤为关键，只有严格把控这些参数，才能确保金属填充均匀无空洞，实现高质量的电气互连性能。

双面通孔电镀TGV金属化工艺流程 

5.平坦化与后处理

平坦化：通过化学机械抛光（CMP）等工艺，去除玻璃基板表面多余的金属，使表面平整，保证后续与其他器件连接时的平整度和电气性能。

检测与测试：使用光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）等设备对通孔的尺寸、形状、表面质量等进行检测；通过电气测试设备测量通孔的电阻、电容等电气参数，确保TGV结构符合设计要求。