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硅通孔(TSV)是一种在芯片或晶圆间制作垂直导通的新技术，TSV凭借其高密度和微尺度优势成为实现3D集成的关键技术。其中，金属化填充是最重要的工艺之一，实现无孔洞化和均匀化填充已经成为制约TSV发展的“瓶颈”问题。与芯片制造中沟槽填充的“大马士革”沟槽相比，TSV尺度是其上百倍，电镀时间的增加消耗大量添加剂，导致添加剂监控和补充工艺复杂化，大大增加工艺成本。针对这个问题，本论文欲研究使用单一添加剂的TSV无孔电镀铜填充工艺以及相关电化学作用机理。 在直流条件下，开展了不同添加剂的电镀填充试验，实验结果表明:单一添加剂PEG或单一添加剂SPS电镀填充时，TSV孔内都会形成孔洞。随着PEG浓度增加，填充效果有所改善，孔内的铜以“Y”型生长模式沉积。单一添加剂JGB可以实现TSV盲孔的无孔化填充，其浓度变化对填充效果有很大影响。JGB含量为15-20ppm时填充效果最佳，形成自底向上的“V”型填充模式。随着电流密度的增加，单一添加剂JGB的填充效果恶化，能够实现无孔填充的最大允许电流密度为20mA/cm2。对填充样品的晶粒组织观测分析，在电流密度2mA/cm2下，单一添加剂JGB作用下的TSV孔内晶粒细小，以等轴晶为主;而三组分添加剂作用下的样品，内部有大量柱状晶形成;两种添加剂配方下的孔内都没有明显的择优取向，晶粒取向随机分布。 利用旋转圆盘电极方法分析不同转速情况下，三种添加剂的电化学行为。线性伏安扫描结果表明:Cl-和SPS都可以降低铜沉积的过电位，对铜沉积过程表现为一定的促进作用，而PEG则表现为显著的抑制作用。当溶液中同时存在Cl-和PEG时，铜沉积电位大大负移，二者协同作用下产生的极化效应比单一PEG作用时更加明显。JGB也可以抑制铜沉积过程，铜开始沉积的过电位随JGB浓度的增加而增加。Cl-与JGB在阴极表面存在竞争吸附关系，对流强度越低，由Cl-产生的去极化现象越明显，而JGB的极化作用变弱，表现为孔底部的铜沉积速度越快。JGB对铜沉积过程的作用与对流强度有关，特别是在低电流密度区，1000rpm时的铜开始沉积过电位高于100rpm，对流强度高的孔口铜沉积速度低于对流强度小的孔底，这是铜在微盲孔“自底向上”沉积的基本电化学条件。电化学测试结果较好地阐释了填充试验中单一添加剂JGB可以实现超级无孔填充的机理。