[논문]구리 박막의 표면형상과 물성에 대한 전류밀도 영향

우태규; 박일송; 정광희; 설경원

doi:10.3740/mrsk.2010.20.10.555

Abstract ▼ AI-Helper

This study examined the effect of current density on the surface morphology and physical properties of copper plated on a polyimide (PI) film. The morphology, crystal structure, and electric characteristics of the electrodeposited copper foil were examined by scanning electron microscopy, X-ray diff...

This study examined the effect of current density on the surface morphology and physical properties of copper plated on a polyimide (PI) film. The morphology, crystal structure, and electric characteristics of the electrodeposited copper foil were examined by scanning electron microscopy, X-ray diffraction, and a four-point probe, respectively. The surface roughness, crystal growth orientation and resistivity was controlled using current density. Large particles were observed on the surface of the copper layer electroplated onto a current density of 25 mA/$cm^2$. However, a uniform surface and lower resistivity were obtained with a current density of 10 mA/$cm^2$. One of the important properties of FCCL is the flexibility of the copper foil. High flexibility of FCCL was obtained at a low current density rather than a high current density. Moreover, a reasonable current density is 20 mA/$cm^2$ considering the productivity and mechanical properties of copper foil.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

^16-18) 따라서 본 논문에서는 폴리이미드 베이스 필름 위에 스퍼터 방식을 이용하여 seed layer 형성한 후 전해도금법을 이용하여 배선금속을 전착하였다. 이때 전류밀도를 달리하여 전착층의 결정구조 및 전기적 특성에 미치는 영향에 대하여 살펴 보았다.

가설 설정

15)이러한 전해도금법을 이용하여 구리 박막 제조시 표면 형상과 구조 및 전기적 특성은 음극 전압, 전류밀도, 첨가제, 전해액의 조성과 같은 다양한 도금 변수에 영향을 받는다. 또한 어떤 금속을 기지로 사용하느냐에 따라 구리 핵 생성 및 결정성장에 영향을 미치고 동일 금속을 사용하는 경우에라도 기지의 표면 상태에 따라 전착층의 표면형상 및 결정구조에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.
3. FCCL 에서 중요시 요구하는 물성중의 하나는 전착층의 유연성이다. 전착층의 높은 유연성을 확보하기 위해서는 높은 전류로 구리전착층을 형성하는 경우 보다 저전류를 이용하여 전착층을 형성하는 경우에 좀더 높은 유연성을 가진 전착층이 형성되었다.

제안 방법

또한 어떤 금속을 기지로 사용하느냐에 따라 구리 핵 생성 및 결정성장에 영향을 미치고 동일 금속을 사용하는 경우에라도 기지의 표면 상태에 따라 전착층의 표면형상 및 결정구조에 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.^16-18) 따라서 본 논문에서는 폴리이미드 베이스 필름 위에 스퍼터 방식을 이용하여 seed layer 형성한 후 전해도금법을 이용하여 배선금속을 전착하였다. 이때 전류밀도를 달리하여 전착층의 결정구조 및 전기적 특성에 미치는 영향에 대하여 살펴 보았다.
표면조도와 비저항을 측정하기 위하여 표면조도 측정기(SV-3000M4, Mitutoyo, Japan)와 four-point probe (CMT-SR1000N, AIT, Korea)장치를 사용하였다. PI 필름과 금속층간의 계면 결합력을 측정하기 위하여 만능시험기(Instron 5569, Instron, U.S.A)를 이용하여 T-peel 테스트를 진행하였다. 또한 전류밀도에 따른 물성 영향성을 평가하기 위하여 Minitab 통계프로그램을 활용하였다.
전류밀도를 10~25 mA/cm² 로 증가시키면서 10 µm두께의 구리층을 형성하였다. 구리 전착층의 표면형상을 관찰하기 위하여 주사전자현미경(SEM, JSM-5900, JEOL, Japan)을 사용하였으며, 결정구조를 관찰하기 위하여 XRD (Dmax III-A type, Rigaku Co., Japan)장치를 이용하였다. 표면조도와 비저항을 측정하기 위하여 표면조도 측정기(SV-3000M4, Mitutoyo, Japan)와 four-point probe (CMT-SR1000N, AIT, Korea)장치를 사용하였다.
, Japan)장치를 이용하였다. 표면조도와 비저항을 측정하기 위하여 표면조도 측정기(SV-3000M4, Mitutoyo, Japan)와 four-point probe (CMT-SR1000N, AIT, Korea)장치를 사용하였다. PI 필름과 금속층간의 계면 결합력을 측정하기 위하여 만능시험기(Instron 5569, Instron, U.
5 × 10⁻¹ torr로 유지하게 하였다. 플라즈마 처리는 RF 플라즈마 장치를 이용하여 500 W, 5분간 실시하였다. 스퍼터 공정은 니켈과 구리 모두 RF 마그네트론 스퍼터(Magnetron Sputter)를 이용하여 PI필름 위에 니켈은 50 nm로 구리는 200 nm로 증착하였으며, 전해도금은 1000 mL의 전해액을 이중 비이커를 이용하여 도금이 진행되는 동안 50o C로 일정하게 유지하였다.
플라즈마 표면처리를 하기 위하여 38 µm 두께의 폴리이미드 필름 (Kapton E, Du Pont, U.S.A.)을 플라즈마 장치의 챔버속에 장입한 다음 초기진공을 2 × 10−2 torr 이하로 떨어뜨린 후 99.999%의 N2 기체를 100 sccm으로 흘려 압력을 1.5 × 10−1 torr로 유지하게 하였다.

데이터처리

A)를 이용하여 T-peel 테스트를 진행하였다. 또한 전류밀도에 따른 물성 영향성을 평가하기 위하여 Minitab 통계프로그램을 활용하였다.

이론/모형

전해도금시 전류밀도의 증가함에 따라 (111), (200) peak이 감소하고 (220) peak이 증가하였다. 좀더 구체적인 결정방위에 대하여 알아 보기 위하여 Yoshimura 등⁵⁾이 제안한 orientation index (M)을 통하여 평가하여 Fig. 4에 나타내었다. (111)면을 갖는 시편의 경우 다음과 같은 방법으로 orientation index (M)를 계산되었다.

성능/효과

1) 특히, 소자간의 전기적 연결을 위한 금속배선 형성 공정에 있어서 접촉부 및 금속선의 선폭이 10 µm이하로 작아짐에 따라 기존의 배선 재료와 공정 기술을 적용하는데 많은 문제점이 나타나고 있다.
1. PI 계면과 금속층간의 계면 결합력을 향상시키기 위한 방법으로써는 전착층 형성시 전류밀도를 높게 유지 하기 보다는 저전류를 이용하여 전착을 하는 것이 유리 하리라 생각된다.
¹⁾ 특히, 소자간의 전기적 연결을 위한 금속배선 형성 공정에 있어서 접촉부 및 금속선의 선폭이 10 µm이하로 작아짐에 따라 기존의 배선 재료와 공정 기술을 적용하는데 많은 문제점이 나타나고 있다.²⁾ 배선재료가 갖추어야 할 조건은 전도성, 오믹접촉(Ohmic contact)형성, 기지와의 결합력, 공정의 용이성, 신뢰성, electromigration (EM)에 대한 내성 등 여러 가지가 있다.^2,3) 그러나 소자 크기의 감소로 인한 배선 전류밀도의 증가로 생기는 소자 구동 전압의 손실을 줄이고 배선과 기판과의 정전 용량으로 인한 신호 전달지연(RC delay)을 감소시키기 위하여 배선 재료의 비저항을 줄이는 것이 매우 중요하다.
2. 전류밀도를 낮게 설정함으로써 결정들의 주성장방위를 (111)방위에 평행한 방향으로 성장 시킴으로써, Electromigration에 대한 저항력을 증가시키며, 표면조도 또한 고전류밀도 보다 저전류밀도에서 낮고 이로 인하여 전착층의 비저항이 감소되는 효과를 얻을 수 있었다.
위와 같은 결과를 종합해 볼 때, 구리 전착층을 형성하기 위한 전류밀도로는 10 mA/cm²로전착층을 생성시키는 것이 타당하나, 전류밀도가 너무 낮은 경우에는 연속생산 시 생산성 저하의 문제가 야기 되기에 전류밀도는 20 mA/cm² 정도로 전해도금을 하는 것이 타당하리라 생각된다.

후속연구

표면조도 및 비저항이 동일 현상으로 전류밀도가 증가되면서 선형적으로 증가되는 현상을 보이고 있다. 또한, 결정립의 주성장 방위가 (111)에서 (220) 방위로 변환하게 되는데 이러한 결정방위와의 상관관계에 대한 추가적인 연구가 필요하다 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	배선재료가 갖추어야 할 조건은 무엇인가?	1) 특히, 소자간의 전기적 연결을 위한 금속배선 형성 공정에 있어서 접촉부 및 금속선의 선폭이 10 µm이하로 작아짐에 따라 기존의 배선 재료와 공정 기술을 적용하는데 많은 문제점이 나타나고 있다.2) 배선재료가 갖추어야 할 조건은 전도성, 오믹접촉(Ohmic contact)형성, 기지와의 결합력, 공정의 용이성, 신뢰성, electromigration (EM)에 대한 내성 등 여러 가지가 있다.2,3) 그러나 소자 크기의 감소로 인한 배선 전류밀도의 증가로 생기는 소자 구동 전압의 손실을 줄이고 배선과 기판과의 정전 용량으로 인한 신호 전달지연(RC delay)을 감소시키기 위하여 배선 재료의 비저항을 줄이는 것이 매우 중요하다.
	배선 재료의 비저항을 줄이는 것이 매우 중요한 이유는 무엇인가?	2) 배선재료가 갖추어야 할 조건은 전도성, 오믹접촉(Ohmic contact)형성, 기지와의 결합력, 공정의 용이성, 신뢰성, electromigration (EM)에 대한 내성 등 여러 가지가 있다.2,3) 그러나 소자 크기의 감소로 인한 배선 전류밀도의 증가로 생기는 소자 구동 전압의 손실을 줄이고 배선과 기판과의 정전 용량으로 인한 신호 전달지연(RC delay)을 감소시키기 위하여 배선 재료의 비저항을 줄이는 것이 매우 중요하다.1,4)

참고문헌 (19)

T. G. Chung, Y. H. Kim and J. G. Na, J. Kor. Inst. Met.
K. H. Hwang, K. I. Lee, S. K. Joo and T. Kang, J. Kor.
S. M. Sze, VLSI Technology, 2nd Ed, p. 373, McGraw
G. F. McGuire, Semiconductor Materials and Process
E. J. Lee and J. S. Kim, Journal of the Institute of Industrial
J. J. Kim and M. S. Kang, Hwahak Konghak, 39(6), 721
B. S. Min, W. S. Chung and I, G, Kim, J. Kor. Inst. Met.
A. Ibanez and E. Fatas, Surf. Coating. Tech., 191, 7

상세보기
T. X. Liang, Y. Q. Liu, Z. Q. Fu, T. Y. Luo and K. Y.

상세보기
Y. J. Song, J. H. Seo, Y. S. Lee and S. K. Rha, Kor. J.

원문보기 상세보기
H. S. Lee, H. S. Kim and C. M. Lee, J. Kor. Inst. Met.

상세보기
J. W. Choi, T. S. Oh and Y. H. Kim, J. Kor. Inst. Met.
T. G. Woo, I. S. Park, H. W. Lee, M. H. Lee, E. K. Park,

상세보기
S. C. Park, K. J Min, K. H. Lee, Y. S. Jeong and Y. B.

원문보기 상세보기
H. J. Kang, B. N. Park, S. J. Park and S. Y. Choi, Journal
P. V. Brande and R. Winand, Surf. Coating. Tech., 52, 1

상세보기
Z. Zhou and T. J. O’Keefe, J. Appl. Electrochem., 28,

상세보기
J. J. Yang, Y. L. Huang and K. W. Xu, Surf. Coating.

상세보기
T. S. Kuan, C. K. Inoki, G. S. Oehrlein, K. Rose, Y. P.

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증

구리 박막의 표면형상과 물성에 대한 전류밀도 영향
Property and Surface Morphology of Copper Foil on the Current Density 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (19)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

연합인증

구리 박막의 표면형상과 물성에 대한 전류밀도 영향 Property and Surface Morphology of Copper Foil on the Current Density 원문보기

Abstract ▼ AI-Helper

주제어

AI 본문요약 엑셀 다운로드 AI-Helper

문제 정의

가설 설정

제안 방법

데이터처리

이론/모형

성능/효과

후속연구

질의응답

참고문헌 (19)

이 논문을 인용한 문헌

저자의 다른 논문 :

우태규 (4) 박일송 (6) 설경원 (12)

관련 콘텐츠

원문 보기

원문 URL 링크

오픈액세스(OA) 유형

연관된 기능

이 논문과 함께 이용한 콘텐츠

AI-Helper ※ AI-Helper는 오픈소스 모델을 사용합니다.

선택된 텍스트

구리 박막의 표면형상과 물성에 대한 전류밀도 영향
Property and Surface Morphology of Copper Foil on the Current Density 원문보기

AI 본문요약
AI-Helper