첨가제를 활용한 TGV 유리관통홀 구리충진 전해도금에 관한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

As scaling of conventional semiconductor processes becomes insufficient to meet the required bandwidth and power efficiency of next-generation high-performance systems, 2.5D/3D packaging and heterogeneous integration have emerged as essential technologies. In such architectures, short-distance and high-density interconnection among logic, memory, RF, and power devices requires an interposer structure that provides both high-density vertical interconnects and excellent signal and power distribution characteristics. Glass-based TGV (Through-Glass-Via) interposers, offering low dielectric constant, high electrical insulation, superior planarity, and high mechanical rigidity, have attracted attention as a promising alternative to silicon interposers. However, because glass is inherently insulating, simply forming through-holes does not ensure electrical connection between the top/bottom surfaces or redistribution layers. To utilize TGV as electrical and thermal pathways, their open-ended via must be completely filled with low-resistivity Cu without voids, which requires precise control of the metallization process.
In this study, electroless and electroplating processes were sequentially applied to impart electrical conductivity to glass substrates and enable the formation of conductive paths. Prior to electroless plating, surface treatments—including nitric acid pre-treatment and silanization—were performed to improve adhesion between the substrate, catalytic layer, and seed layer. Adhesion enhancement was verified through tape tests. After forming the electroless Ni–P seed layer, Cu electroplating was conducted using two electrolyte systems: an NTBC-only additive system and a ternary NTBC–SPS–PEG additive system. Electroplating was performed at various current densities to fill high-aspect-ratio TGV, allowing assessment of via filling quality and plating rate. The results demonstrate the feasibility of high-speed Cu filling of TGV structures, providing insights into process optimization for reliable metallization of glass interposers.

국문 초록 (Abstract)

차세대 고성능 시스템에서는 기존 미세 공정 스케일링만으로는 요구되 는 대역폭과 전력 효율을 만족시키기 어려워짐에 따라, 다양한 기능 칩들 을 단일 패키지 내에서 집적하는 2.5D/3D 패키징 및 이질 집적 (Heterogeneous integration)이 필수 기술로 부상하고 있다. 이때 로직, 메 모리, RF, 전력 소자를 단거리·고밀도로 연결하기 위해서는 고집적 수직 인터커넥트와 우수한 신호·전력 분배 특성을 제공하는 인터포저 구조가 요구되며, 낮은 유전율과 높은 절연 저항, 우수한 평탄도와 강성을 갖는 유리 (glass) 기판을 이용한 TGV (Through-Glass-Via) 인터포저가 실리콘 인터포저의 유력한 대안으로 주목받고 있다. 유리 기판은 본질적으로 절 연체이므로, 관통홀을 형성한 것만으로는 상·하면 및 배선층 사이의 전 기적 연결을 확보할 수 없으며, 양단이 개방된 TGV 내부를 저저항 Cu로 결함 없이 완전히 충진하여 비아를 전기·열 경로로 활용하기 위한 도금 공정의 정밀 제어가 필수적이다. 본 연구에서는 유리 기판에 전도성을 부여하고 배선 형성을 가능하게 하기 위해 무전해 도금과 전해 도금을 순차적으로 적용하였다. 무전해 도 금 전에 기판 표면에 대해 질산 전처리와 실란화 (Silanization)를 포함한 표면처리를 수행하여 촉매층 및 시드층 (seed layer)의 접착력을 향상시키 고자 하였으며, tape test를 통해 접착력 증가를 확인하였다. 무전해 시드 층 형성 이후에는 NTBC 단일 첨가제 시스템과 NTBC–SPS–PEG 삼첨가제 시스템을 비교하여 고종횡비 TGV를 보이드 없이 충진하기 위한 Cu 전해 도금을 수행하였다. 두 종류의 도금액에 대해 서로 다른 전류 밀도를 인 가하여 충진 속도를 비교하였으며, 이를 통해 TGV 구조를 보다 빠르게 채울 수 있는 고속 도금의 가능성을 확인하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 이론적 배경 6
• 2.1 유리 기판 6
• 2.2 도금 10
• 2.2.1 무전해 도금 11
• 2.2.2 전해 도금 15
• 제3장 실험과정 20
• 3.1 표면처리 20
• 3.1.1 Cleaning 20
• 3.1.2 Hydrolysis 20
• 3.1.3 Silanization 21
• 3.2 무전해 도금 23
• 3.2.1 촉매처리 23
• 3.2.2 Ni 무전해 도금 23
• 3.2.3 Cu 무전해 도금 23
• 3.3 전해 도금 26
• 3.3.1 단일 첨가제 26
• 3.3.2 삼첨가제 26
• 제4장 결과 및 고찰 29
• 4.1 표면처리에 따른 기판 특성 29
• 4.1.1 Cleaning에 따른 기판 표면 29
• 4.1.2 표면처리에 따른 Contact angle 측정 32
• 4.1.3 표면처리 후 촉매처리에 따른 SEM 및 EDX mapping 35
• 4.1.4 표면처리 후 무전해 도금층 밀착력 38
• 4.2 무전해 도금 41
• 4.2.1 Ni 무전해 도금 41
• 4.2.2 Cu 무전해 도금 44
• 4.2.3 Cu 무전해 도금 후 열처리 47
• 4.3 전해 도금 49
• 4.3.1 NTBC 단일첨가제 49
• 4.3.2 NTBC, SPS, PEG 삼첨가제 51
• 제5장 결론 53
• 참고문헌 55
• ABSTRACT 60