[논문]구리 전해 도금 과정에서 첨가제로 사용되는 bis-(3-sulfopropyl)-disulfide (SPS)의 분해와 이에 대한 전기화학적 모니터링

최승회; 김명준; 김광환; 김회철; 전영근; 김수길; 김재정

구리 전해 도금 과정에서 첨가제로 사용되는 bis-(3-sulfopropyl)-disulfide (SPS)의 분해와 이에 대한 전기화학적 모니터링
Decomposition of bis-(3-sulfopropyl)-disulfide (SPS) during Cu electrodeposition and its monitoring via electrochemical method 원문보기

최승회 (서울대학교 화학생물공학부) , 김명준 (서울대학교 화학생물공학부) , 김광환 (서울대학교 화학생물공학부) , 김회철 (서울대학교 화학생물공학부) , 전영근 (서울대학교 화학생물공학부) , 김수길 (중앙대학교 융합공학부) , 김재정 (서울대학교 화학생물공학부)

본 연구에서는 구리 도금액 구동 과정에서 SPS의 분해와 분해 산물의 영향에 대해 고찰하였고 이를 실시간으로 관찰하기 위한 전기화학적 모니터링법을 제시하였다.

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문제 정의

그러나 SPS는 구리 전해질 속에서 안정적으로 존재하지 못하고 서서히 분해되며, 이로 인해 도금액 특성 저하가 수반 된다. 본 연구에서는 SPS의 분해 산물이 도금액 특성에 미치는 영향에 대해 깊이 고찰하였고, SPS와 분해 산물의 농도를 동시에 모니터링 할 수 있는 고안된 CVS법을 제시하였다.
본 연구에서는 SPS의 분해 현상에 대해 연구하고 관리 방향에 대해 모색하였다. SPS의 최종 부산물인 PDS는 도금 막질 및 전기화학적 특성에 큰 영향을 미치지 못하였으나 중간 산물인 MPS의 경우 도금액의 채움 특성을 크게 저하시켰다.

제안 방법

그러나 중간 과정에서 생성된 MPS는 SPS보다 강한 전기화학적 가속 효과를 가지는 것으로 나타났으며, 이에 따라 SPS 농도를 결정하는 전기화학적 모니터링법인 CVS에 큰 오차를 일으켰다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 첫 번째 단계에서 SPS와 MPS의 농도합을 측정하고, 두 번째 단계에서는 SPS가 MPS로 변하는 전환률를 측정하는 두 단계의 CVS를 도입하였고, 이를 실제 도금액 내부에 적용하였다. 고안된 CVS는 기존의 방법에 비해 높은 정확도를 가졌으며, 도금액 속의 SPS 농도 뿐만 아니라 MPS의 농도 역시 정확하게 측정이 가능해 좀 더 정확한 도금액 모니터링이 가능할 것으로 판단 된다.

성능/효과

최종 생성물은 산화물인 PDS로 밝혀졌으며 이들은 구리 표면과의 covalent bond를 가능케 하는 황(S) 작용기가 존재하지 않아 도금액의 전기화학적인 특성 및 전착된 박막 특성에 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 중간 과정에서 생성된 MPS는 SPS보다 강한 전기화학적 가속 효과를 가지는 것으로 나타났으며, 이에 따라 SPS 농도를 결정하는 전기화학적 모니터링법인 CVS에 큰 오차를 일으켰다. 이를 극복하기 위해 본 연구에서는 첫 번째 단계에서 SPS와 MPS의 농도합을 측정하고, 두 번째 단계에서는 SPS가 MPS로 변하는 전환률를 측정하는 두 단계의 CVS를 도입하였고, 이를 실제 도금액 내부에 적용하였다.
SPS의 최종 부산물인 PDS는 도금 막질 및 전기화학적 특성에 큰 영향을 미치지 못하였으나 중간 산물인 MPS의 경우 도금액의 채움 특성을 크게 저하시켰다. 이를 극복하기 위해 제시한 두 단계의 CVS법은 높은 정확도로 SPS와 MPS의 농도 측정이 가능하다는 것을 보여주었다.
이에 따라 도금액 구동 시간이 길어질수록 SPS의 농도 감소 및 MPS와 PDS 농도의 증가가 관찰되었으며, 도금액의 전기 화학적 특성 변화 및 성능 열화가 수반 되었다. 최종 생성물은 산화물인 PDS로 밝혀졌으며 이들은 구리 표면과의 covalent bond를 가능케 하는 황(S) 작용기가 존재하지 않아 도금액의 전기화학적인 특성 및 전착된 박막 특성에 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다.
이에 따라 도금액 구동 시간이 길어질수록 SPS의 농도 감소 및 MPS와 PDS 농도의 증가가 관찰되었으며, 도금액의 전기 화학적 특성 변화 및 성능 열화가 수반 되었다. 최종 생성물은 산화물인 PDS로 밝혀졌으며 이들은 구리 표면과의 covalent bond를 가능케 하는 황(S) 작용기가 존재하지 않아 도금액의 전기화학적인 특성 및 전착된 박막 특성에 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 그러나 중간 과정에서 생성된 MPS는 SPS보다 강한 전기화학적 가속 효과를 가지는 것으로 나타났으며, 이에 따라 SPS 농도를 결정하는 전기화학적 모니터링법인 CVS에 큰 오차를 일으켰다.

후속연구

이를 극복하기 위해 본 연구에서는 첫 번째 단계에서 SPS와 MPS의 농도합을 측정하고, 두 번째 단계에서는 SPS가 MPS로 변하는 전환률를 측정하는 두 단계의 CVS를 도입하였고, 이를 실제 도금액 내부에 적용하였다. 고안된 CVS는 기존의 방법에 비해 높은 정확도를 가졌으며, 도금액 속의 SPS 농도 뿐만 아니라 MPS의 농도 역시 정확하게 측정이 가능해 좀 더 정확한 도금액 모니터링이 가능할 것으로 판단 된다.

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