반도체 패키지 마이크로 비아에서의 구리 충진 거동과 미세조직에 미치는 전해 도금 유기첨가제의 영향 (Effect of Organic Additives on Filling Behavior and Microstructure of Electrodeposited Cu in Microvia for Semiconductor Packages)

서지정보

· 발행기관 : 한국마이크로전자및패키징학회
· 수록지 정보 : 마이크로전자 및 패키징학회지 / 32권 / 2호 / 47 ~ 54페이지
· 저자명 : 오은기, 신한균, 김건우, 박남선, 박현, 김정한

초록

2.1D 반도체 패키징 기판에 적합한 미세 구리 배선 형성 기술을 개발하고자, 30 μm 직경의 비아(via) 패턴에 대한 유기첨가제를 사용하는 구리 전해도금의 특성을 조사하였다. 전해도금 용액에 포함되는 유기첨가제의 조합과 농도에 따른 도금층의 비아 내 충진 거동과, 미세조직 및집합조직 발달에 미치는 영향을 분석하였다. 상용 유기첨가제로 사용되는 가속제(accelerator)와 억제제(suppressor)의 전기화학적 거동을회전 원판 전극(rotating disk electrode, RDE)을 이용한 정전류 측정(galvanostatic measurement)을 통해 해석하였고, 이를 바탕으로 비아 도금을 위한 용액에 포함되는 각 유기첨가제의 농도를 결정하였다. 이후 억제제의 농도는 일정하게 유지하고 가속제의 농도를 변화시키면서비아 패턴에 대한 구리 도금을 실시하였고, 이에 따른 비아 내 구리 충진 특성과 결함 여부를 광학현미경 및 집속 이온 빔(focused ion beam, FIB)을 이용하여 관찰하였다. 또한, 결정립의 크기 및 형상, 결정방위와 결정립계 특성을 전자 후방 산란 회절(electron backscatter diffraction, EBSD) 분석기술을 이용하여 분석하였다. 이러한 일련의 실험 결과, 30 μm급 비아 내 구리 충진 거동이 억제제 + 가속제 조합의 농도에의해 영향을 받으며, 구리 결정립 구조의 변화를 가져오는 특정 유기첨가제 조합에서 바텀-업(bottom-up) 충진이 촉발됨을 확인하였다.

영어초록

We investigated the characteristics of Cu electroplating utilizing organic additives in 30 μm-sized via for 2.1D semiconductor packages. The filling performance, and the corresponding microstructure and crystallographic orientations were analyzed according to the concentrations of the accelerator and suppressor which are commercially used as organic additives in industry. The electrochemical behavior of each additive was evaluated through galvanostatic measurements using a rotating disk electrode (RDE), which enabled us to determine the combination of each organic additive for electroplating in via. Subsequently, Cu was deposited on the via-patterned substrate using the solution where the accelerator concentration was varied with a constant concentration of the suppressor, and the Cu filling behavior and defect formation in the vias were observed using an optical microscope and a focused ion beam (FIB) system. The grain size and shape, crystallographic orientations, and grain boundary characteristics were analyzed through electron backscatter diffraction (EBSD) measurements. The experimental results indicate that the Cu filling performance in microvia depends on the concentrations of accelerator and suppressor added in the electroplating solution, and the bottom-up filling mechanism is initiated by a specific combination of the two organic additives which causes a change in the Cu grain structure.

참고자료

· 없음