随着摩尔定律的持续推进，二维平面集成已逐步接近物理极限，三维集成封装技术成为延续摩尔定律的重要途径。其中，TGV（玻璃通孔）技术具有介电常数低、损耗小、成本低等显著优势，在射频前端、MEMS封装和异构集成等领域应用前景广阔。然而，TGV封装过程中涉及的金属化、绝缘层制备、阻隔层沉积等关键工艺对薄膜的均匀性、覆盖率和厚度控制提出了极高要求。传统PVD（物理气相沉积）和CVD（化学气相沉积）工艺在深孔填充和保形覆盖方面存在局限性，而ALD（原子层沉积）技术凭借其原子级别的精确控制能力和优异的台阶覆盖率，成为TGV封装工艺中不可或缺的关键技术。

原子层沉积是一种基于气相化学反应的薄膜沉积技术，核心原理是通过交替通入不同前驱体气体，使其在基底表面发生自限制性吸附与反应，逐层生成单原子级薄膜。相较于PVD、CVD等传统沉积工艺，ALD技术具备极致的台阶覆盖率、原子级厚度可控性、薄膜致密均匀等优势，能够在复杂三维微孔结构表面形成无针孔、附着力强的薄膜，精准解决了传统工艺在高深宽比结构镀膜不均匀、侧壁覆盖差的痛点，适配微米、纳米级精密器件的制备需求。

TGV技术的核心流程包括通孔刻蚀、绝缘层制备、阻挡层沉积、种子层生长与金属填充，其中精密薄膜沉积是决定TGV互连性能与使用寿命的关键环节，ALD技术在该环节发挥着不可替代的作用。首先是绝缘层制备，ALD可在玻璃通孔内壁沉积氧化铝、氧化硅等致密绝缘薄膜，薄膜厚度均匀可控，能有效实现电气隔离，规避漏电、串扰问题，大幅提升TGV器件的绝缘稳定性，适配高频射频器件的工作需求。

其次，ALD可制备高性能扩散阻挡层与粘附层。TGV金属化工艺中，铜导电层易向玻璃基板扩散，引发器件失效，而ALD沉积的氮化钛等薄膜结构致密，可有效阻挡金属离子扩散，同时增强金属层与玻璃基底的粘附性，降低通孔脱层、开裂风险，提升器件机械与电气可靠性。此外，针对高深宽比TGV通孔，ALD能在孔壁全域形成均匀超薄种子层，为后续电镀金属填充提供均匀导电基础，解决了传统溅射工艺孔底镀膜薄弱、填充不均的问题，保障通孔填充的完整性。

另外ALD技术能够制备出性能优良的扩散阻挡层以及粘附层。在TGV金属化工艺里，铜导电层很容易朝着玻璃基板扩散，从而导致器件出现失效情况，由原子层沉积所形成的氮化钛等薄膜结构十分致密，能够高效地阻挡金属离子的扩散，还能增强金属层和玻璃基底之间的粘附性能，减少通孔脱层的风险，提高器件在机械和电气方面的可靠性。另外针对有着高深宽比的TGV通孔，原子层沉积可以在孔壁的整个区域形成均匀且超薄的种子层，为后续的电镀金属填充提供均匀的导电基础，能解决了传统溅射工艺孔底镀膜薄弱的问题，确保通孔填充的完整性。

7月3日，由中粉会展・先进封装材料主办的第二届玻璃基板与TGV技术大会将在合肥盛大启幕。届时将邀请中国科学院微电子研究所副总工程师夏洋作《原子层沉积技术及在TGV中的应用》报告，夏老师将系统阐述ALD技术在TGV封装中的核心应用、技术优势及最新研发进展，并介绍其课题组开发的先进ALD设备如何为TGV封装工艺提供可靠解决方案。

专家简介

夏洋，毕业于北京大学物理系，中国科学院微电子研究所研究员，博士生导师。现任科技部重大科学仪器设备开发重点专项专家组副组长，国家纳米标准委员会工作组组长，中国仪表功能材料学会原子层沉积专业分会的主任委员。曾获电子学会一等奖、航空部科技进步三等奖，半导体产业发明金奖、中科院教育教学成果特等奖、朱李月华优秀教师奖、北京市科技发明奖、电子学会优秀科技工作者、科苑名匠等多个奖项，获得专利300余项。作为项目负责人承担自然基金委仪器专项“浸没式离子注入系统”、国家自然基金重大仪器项目“二维电子材料及纳米量子器件研究和原位分析仪器”、国家重大专项“32nm及以下新原理集成电路设备”、科技部变革性技术“大面积有机激光阵列技术及设备”

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