Development of PEG based additive with terminal functional groups and bromide ion for 2-additive microvia filling process

Abstract

Printed circuit board (PCB) connects various electronic components physically and electronically. As the requirement for the PCB with complex electronic circuits for small packages increased, the microvia, one of the key technology for high density interconnect (HDI) becomes important. In order to manufacture reliable devices, it is necessary to fill the microvia without defects by Cu electrodeposition through the process called bottom-up filling. Conventionally, bottom-up filling is enabled by the interaction of three additives: a suppressor, an accelerator and a leveler. Among the additives, research on development of leveler has been actively conducted. In this paper, PEG600_Benz_Br was synthesized by adding functional groups in leveler at the terminal side of the PEG chain in order to develop new additive with both characteristics of suppressor and leveler. Through the electrochemical analyses including LSV and chronopotentiometry, PEG600_Benz_Br showed enhanced inhibition strength as well as convection-dependent adsorption behavior. Also, it was concluded that both functional groups and counter ions in PEG600_Benz_Br contribute to the enhanced electrochemical behavior of additive. 2-additive microvia filling with PEG600_Benz_Br and SPS resulted in defect-free microvia by the bottom-up filling. It is estimated that filling performance was enhanced due to formation of strong inhibition layer at top of the microvia. As well as filling performance, film properties such as surface morphology, grain size, and sheet resistance were enhanced either, compared with other additive combinations, revealing that PEG600_Benz_Br is suitable for application in 2-additive microvia filling process. Method of developing the additive by integrating PEG chain and functional groups may contribute to the further research on additive development.

인쇄회로기판(PCB)은 다양한 전자 부품을 물리적/전기적으로 연결하는 역할을 한다. 복잡하면서도 소형화된 PCB의 수요가 늘어남에 따라, 다층PCB에서 수직으로 적층된 회로 간의 신호전달을 담당하는 마이크로비아 생산 기술의 중요성이 대두되고 있다. 이때, 결함 없는 마이크로 비아 제작을 위해 바닥 차오름 필링(Bottom-up filling)이 필수적인데, 이는 가속제, 억제제, 평탄제 등 세가지 첨가제의 조합을 통해 이루어진다. 억제제와 가속제는 상용화된 첨가제가 존재하는 반면, 우수한 필링 성능을 보이는 평탄제는 거의 없으며 비교적 최근에서야 평탄제 연구가 활발히 이루어 지고 있다. 최근 진행된 연구에서, 사차 암모늄기와 방향족 고리 작용기가 첨가제 개발에 중요한 역할을 한다는 사실이 밝혀졌다. 본 연구에서는, 상기 언급한 작용기와 브로민 짝이온이 PEG 사슬의 말단에 달려있는 새로운 합성 첨가제를 개발하여 전기화학 분석을 수행하고 마이크로 비아 필링에 적용하였다. 우선, 선형주사전위법과 시간 전위차 분석법은 합성 첨가제가 억제 세기, 대류 의존 흡착 거동 등 기존 억제제 및 평탄제보다 우수한 특성을 갖는 것을 보여주었다. 또한, 작용기와 브로민 짝 이온 모두 새로 개발한 첨가제의 거동에 유효한 영향을 끼치는 요소임을 확인하였다. 2-첨가제 마이크로비아 필링 공정에 적용되었을 때, 마이크로비아가 결함없이 가득 채워졌으며, 비아 상단에 강한 억제층을 형성함으로써, 채움 성능이 향상되었다. 또한, 박막 특성 분석 결과 표면 형상, 결정 크기, 면 저항 등의 향상 효과 또한 존재하였으며, 새로 개발한 첨가제가 2-첨가제 마이크로 비아 필링에 적합하다는 것을 밝혔다. 본 연구와 같이 PEG 사슬과 평탄제의 작용기 합성을 통해 첨가제를 개발하는 방식은, 향후 고성능 첨가제 개발에 기여 할 수 있을 것이라 기대된다.