[논문]구리 전해도금 시 표면형상과 기계적 특성에 미치는 HEC효과

우태규; 박일송; 이현우; 설경원

doi:10.3740/mrsk.2006.16.11.710

구리 전해도금 시 표면형상과 기계적 특성에 미치는 HEC효과
The Effect of Hydroxy Ethyl Cellulose(HEC) on the Surface Morphology and Mechanical Characteristis of Copper Electrodeposition 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.16 no.11, 2006년, pp.710 - 714

우태규 (전북대학교 공과대학 신소재공학부 및 공업기술연구센터) , 박일송 (전북대학교 공과대학 신소재공학부 및 공업기술연구센터) , 이현우 (전북대학교 공과대학 신소재공학부 및 공업기술연구센터) , 설경원 (전북대학교 공과대학 신소재공학부 및 공업기술연구센터)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study is to identify the effect of additives and composition on copper surface morphology and mechanical characteristics by copper electrodeposition. Additives such as hydroxy ethyl cellulose(HEC), chloride ion were used in this study. Electrochemical experiments allied to SEM, XRD, AFM and four- point probe were performed to characterize the morphology and mechanical characters of copper in the presence of additives. Among various electrodeposition conditions, the minimum surface roughness of copper foil was obtained when electrodeposited at the current density of 200 mA/$cm^2$ for 68 seconds with 2 ppm of HEC. The minimum value of surface roughness(Rms) was 107.6 nm. It is copper foil is good for electromigration inhibition due to preferential crystal growth of Cu (111) deposited in the electrolyte containing chloride ions(10 ppm) and HEC(1 ppm).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서. 본 연구에서는 전해도금 방법을 이용하여 영소이온과 hydroxy cthyl ocllulose (HEC)첨가제의 첨가량을 달리하여 구리 전착층 전기적/기계적 특성에 미치는 효과에 대하여 연구하였으며, 이들 첨가제들을 복합적을 첨가하여 표면이 생성되는 도금층의 특성을 평가 하고자 하였다.

가설 설정

2. Electromigration에 대한 내성을 키우기 위해서는 Gu(lll)우선 성장방향을 갖는 결정이 형성되어야 한다. 그러나, 첨가제를 첨가하지 않은 경우 Cu(lll)우선 성장 방향을 갖는 결정이 형성되지 않아 electromigration에 대한 내성이 작았으나, 염소이온과 HEC를 동시에 첨가함으로써 electromigration에 대한 내성을 증가시킬 수 있었다.

제안 방법

구리 필름을 백금/폴리이미드 구조의 필름위에 전해 도금법을 이용하여 전착하였을 경우에 염소이온과 HEC 첨가제를 첨가함으로써 다음과 같은 결과를 얻을 수 있었다.
전극간 거리는 3 cm로 일정하게 유지허였으며, 첨기제와 Cu2' 이온의 이동을 원활허게 혀-기 위하여 100rpm으로 교반허였디-. 첩가제 염소이온은 HC!를 이용하여 공급하였고, HRC는 분자량이1, 600, 000시, 70(시)00인 제품을 사용하였디-. 전해도금은 정전류 방법을 사용하였으며, 이때의 전류밀도는 200 mA/cm² 으로 일정하게 유지하여 약 5/vm 두께의 구리흥을 형성하였다.
전착킁의 표면형상과 결정크기 및 결정구조를 관찰하기 위하여 주사전자현미경 (srm, JSM-5900, JEOL, Japan), XRD(Dmax 111-A type, Rigaku Co., Japan)을 사용하였으며, 표면조도와 비저항을 측청 허기 위 혀여 AFM(Bio- Scope, Digital Instruments, U.S.A.)과 four-point probe(CMT-SRI000N, AIT, Korea)장치를 사용하였다. 경도측정에는 마이크로 비커스 경도과]Matsuzawa Seiki, Co.
전해도금은 정전류 방법을 사용하였으며, 이때의 전류밀도는 200 mA/cm² 으로 일정하게 유지하여 약 5/vm 두께의 구리흥을 형성하였다. 첨가제는 실험조건에 따라 개별적 또는 복합적으로 첨가하였으며, 이때의 첨가량과 실험조건을 Table 1에 나타내었디-.

대상 데이터

. 경도측정을 위한 시편은 음극을 면적 1 cm2인 티타늄 박막(99.7%, Alta Aesar, U.S A) 을 이용허여 구리흥의 두께가 25μm가 되도록 전착혀여준비하였다.
본 실험에서 음극으로 사용한 폴리 이미드 필름은 pyro mellitic dianhydridM>xydianiline (PMDA/ODA)을 당량 체로 한 미곡 Du Pont사의 Kapton H 필름을 사용하였으며, 필름의 화학구조식을 Fig. I에 나타내었다.12-14) 면적 2X2cm^l 폴리이미드 필름을 아세톤으로 세정한 후상온에서 6일간 건조허였디-.
백금 증착 시 바이어스는 30 mA로 300초간 증착하여 백금/폴리이미드 구조의 필륺을 내산 테이프와 지지대를 이용하여 1 cnf의 면적만 전해액에 노출되도록 음극전극을 제삭하였디-. 양극은 그물형태의 백금전극(Pt, Ametek, U.S.A.) 을 이용하였디..
기준전극은 Hg44g2SO₄(-b656 mV vs SHE)를 이용허여 전압을 측정하였다. 진해액은 초 순수장치(Elix7) 3,, Millipore, U.S.A)를 이용한 증류수와 CuSO₄ * 5H₂O, H₂SO₄를 이용하여 Cu 100 g/L+H₂SO₄ 100 g/L 조성으로 제조하였다. 전극간 거리는 3 cm로 일정하게 유지허였으며, 첨기제와 Cu2' 이온의 이동을 원활허게 혀-기 위하여 100rpm으로 교반허였디-.

성능/효과

3차왼 회로구성 및 고밀도 배선을 형성할 수 있으며 3차원 회로구성 및 고밀도 배선을 형성할 수 있어 컴퓨터 및 주변기기, 통신장비, 의료장비, 우주항공용 전사장비 등에 널리 사용되고 있다.1) FPCB의 베이스 필름으로는 플리이미드, 폴리에스테르, 유리섬유강화 에폭시 등을 사용하고 있는데, 이들 중 산, 염기의 화학적 환경에 대한 저항성이 크고, 고온에서도 사용이 가능하며, 낮은 유전상수, 큰 유연성 등의 장점을 갖는 폴리이미드 필름이 널리 사용되고 있다.2) 전자부를, 전자소사가 소형화, 경량화 고성능화 됨에 따라 FPCB 제조에 박막 공장이 많이 쓰이게 되었다.
1. 첨가제를 첨가하지 않은 전해액 조성에서 제조된 동박은 경도값이 높고, 표면거칠기가 거칠어 유연성이 많이 요구되는 FPCB용도로는 사용이 어렵지만, 첨가제 HEC* 적절히 첨가함으로써 경도를 낮추고, 표면이 균일한 전착층을 얻을 수 있었다.
07)HEC 첨가량에 따라서는 HEC를 단독으로 첨가한 경우에서처럼 HEC를 1 ppm 첨가한 경우에 (111) 회절 피크가 가장 크게 나타났다. 2 ppm의 경우에는 전체적으로 회절 피크강도가 감소하였고, 첨가량이 증가하면서 (111) 회절 피크가 감소하고 (220) 회절 피크가 증가하였다.
1) FPCB의 베이스 필름으로는 플리이미드, 폴리에스테르, 유리섬유강화 에폭시 등을 사용하고 있는데, 이들 중 산, 염기의 화학적 환경에 대한 저항성이 크고, 고온에서도 사용이 가능하며, 낮은 유전상수, 큰 유연성 등의 장점을 갖는 폴리이미드 필름이 널리 사용되고 있다.2) 전자부를, 전자소사가 소형화, 경량화 고성능화 됨에 따라 FPCB 제조에 박막 공장이 많이 쓰이게 되었다. 박막공정을 이용한 다층막막패키지, 마이크로 센서 등의 첨단부품과 FPCB 제조는 유전층 위에 급속박막을 증착함으로써 이루어지기 때문에 금속박막/유전층/금속박막 형태의 다층구조를 가지고 있으며, 이들 사이에는 많은 계번이 내재되어 있다.
3. HEC첨가제만 첨가한 경우 경도가 낮은 전착층을 얻을 수는 있었으나 electromigration에 대한 내성이 미비하였다. 이에 염소이온 10 ppm과 HEC 1 ppm을 복합적으로 첨가한 경우에 electromigration에 대한 내성이 증가하며 경도가 낮은 전착층을 얻을 수 있었다.
Lee'' 등은 elecrtromigration이 입계확산을통해 주도적으로 발생되는데, 이로 인한 금속 배선 파단은 배선층이 (111)배향을 가질 때 입계확산계수를 낮추어 가장 효과적으로 저지할 수 있다고 하였다. 따라서 HEC만 첨가한 경우보다 염소이온 10 ppm을 복합적으로 첨가한 경우에Electromigration에 대한 내성을 증가시킬 수 있었다.07)HEC 첨가량에 따라서는 HEC를 단독으로 첨가한 경우에서처럼 HEC를 1 ppm 첨가한 경우에 (111) 회절 피크가 가장 크게 나타났다.
따라서 첨가제의 첨가량에 따라 표면 조도를 조절할 수 있었다. 염소이온 10 ppm에 HEC 첨가량을 달리하여 실험한 경우에는 첨가제를 첨가하지 않은 경우보다 조도값이 상승되었으며 HEC 첨가량이 증가할수록 조도값이 증가하였다.
299 μ -cm)를 보인 후 첨가량이 증가하면서 비저항이 감소한 후 비슷해 졌다. 염소이온 10 ppm에 HEC를 첨가량을 달리하여 실험 한 결과 HEC를 2 ppm(3.32)Ccm) 첨가한 경우에 비저항이 급격히 증가한 후 그 이상의 첨가량에서는 다시 감소하는 경향을 보였다.

후속연구

11) 또한 소량의 유기/무기 첨가제를 첨가하여, 도금용액의 조성의 변화가 거의 없이 표번의 균진도를 향상시키고, 결정의 크기 및 방향을 조절할수 있으며, 도금층의 연성이나 경도 변화가 가능하다. 따라서 원하는 특성을 갖추느 박막제작을 위한 적절한 전해액의 조성 및 도금조건을 찾아내고 유기/무기 첨가제를 첨가함으로써 얻을 수 있는 물성에 대한 효과와 그 조성을 절량화 할 수 있따면 전기적/기계적 특성이 좋은 재료를 쉽게, 다량으로 만들어 낼 수 있을 것으로 기대된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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