마이크로비아 필링을 위한 구리 전해 도금에 적용되는 유기 첨가제의 영향 연구

Abstract

인쇄회로기판은 소자를 기계적으로 지탱해주면서, 전기적으로 연결해 전원을 공급해 주는 전자 부품이다. 인쇄회로기판에서는 구리가 배선 물질로 사용되며, 전해 도금을 이용하여 구리 배선을 형성한다. 소자가 점차 고성능화, 다기능화 되면서 배선 또한 고집적화, 고밀도화가 진행되었다. 따라서 인쇄회로기판의 배선을 구성하는 마이크로비아의 도금 기술의 향상과 공정상의 효율성 증대가 요구된다. 본 연구에서는 전해질 첨가제의 조성 변화를 통하여 마이크로비아의 채움 성능을 최적화하였고, 이를 전기화학분석을 통해 설명하였다. 우선 지지 전해질로서 황산의 농도에 따른 채움 특성의 변화를 확인하였는데, 첨가하는 황산의 농도가 0.25 M일 때 가장 높은 채움 성능을 나타내었다. 이후 여러 농도의 bis(3-sulfoprophyl)disulfide (SPS), 3-N,N-diethylaminothiocarbamoly-1-propanesulfonic acid (DPS), 3-mercapto-1-propane sulfonic acid (MPSA)를 첨가한 전해질에서 채움 실험을 진행하였다. 마이크로비아의 채움에 가장 적합한 가속제는 SPS이며 최적 농도는 4 μM 임을 확인하였다. 그리고 1.5 mM의 염소 이온이 첨가되었을 때 현재 상용 첨가제의 조건보다 10% 채움 성능이 향상됨을 관찰하였다. 마지막으로 감속제의 종류와 농도 조성의 변화를 통한 실험 결과를 바탕으로 polyethylene glycol (PEG)-1500이 마이크로비아의 채움에 있어서 가장 적합한 감속제임을 알 수 있었다. 500 μM의 PEG-1500을 첨가 하였을 때 20 mA/cm2의 전류 밀도에서도 95% 의 채움 성능을 달성하였다. 이 결과는 기존의 상용 첨가제 만으로 이루어진 최적화된 조성보다 25% 이상 향상된 수준이다. 첨가제 조성의 최적화를 통한 채움 성능의 향상은 대시간 전위차법 분석을 통해 전기화학적으로 이해할 수 있었다. 채움 성능의 향상은 첨가제의 교반 의존 흡착 경향을 증가시켜 달성할 수 있으며, 첨가제의 종류와 농도 변화에 큰 영향을 받는다. 대시간 전위차법 분석에서 교반 세기가 증가할 때 전압이 더 음의 값으로 변화하면, 교반 의존 흡착 현상이 향상됨을 의미한다. 최적화 과정을 진행되면서 이러한 교반 세기 변화에 따른 전압 차이가 증대되는 것을 확인되었고, 이는 채움 실험에서 확인한 결과와 일치한다. 본 연구에서 제시한 고전류 밀도용 첨가제 조성은 총 도금 시간을 감소시켜 인쇄회로기판 제작 공정의 생산성을 증가시킬 수 있을 것으로 예상된다.