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구리 소재 기판의 산화방지를 위한 NCD의 ALD 장비 및 기술

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< ALD 박막이 증착된 동판의 열처리에 따른 표면 이미지 및 TEM&EDS 분석 결과>
 < Lead Frame과 PCB용 ALD 장비>

 구리는 반도체용 인쇄회로 기판(PCB)과 Lead Frame 등에 주재료로 널리 사용되는 금속이다. 그러나 수분, 온도 및 pH 등의 조건에 따라 구리는 쉽게 산화가 되기 때문에 이를 방지하기 위해 표면에 산화 방지 처리가 필요하다. 일반적으로 PCB에서는 Solder Mask 공정 후에 오픈된 구리 영역을 Electroless Nickel Immersion Gold(ENIG), Organic Solderability Preservative(OSP), Immersion Sn 또는 Ag(ImSn 또는 ImAg) 방식으로 산화 방지 처리를 한다. Lead Frame은 제품의 형상을 만든 후에 금, 은, 팔라듐 및 니켈을 도금하여 산화를 방지한다.
 최근에는 여러 그룹에서 ALD 공정으로 다양한 금속 산화물 부식 방지막을 구리 표면에 코팅하여 산화 방지에 대한 연구를 하고 있다. 특히 산화 방지 특성이 우수한 Al2O3 층을 부식 방지막으로 적용하는 연구가 매우 활발히 진행되고 있다.

 다양한 박막 두께와 공정 온도로 도금동판에 Al2O3 막을 증착한 후, 200도 오븐에서 열처리 시간에 따른 구리 부식 및 산화 방지특성을 평가하였다. 열처리 전에는 모든 동판에서 산화가 진행되지 않았으나 1시간의 열처리 후에는 증착온도가 낮고 두께가 낮을 수록 산화가 점차 진행됨을 확인 할 수 있었다. 5시간 후에는 증착온도 70~100℃, 50~60 cycle조건에서 증착된 동판만이 산화가 되지 않았고, 24시간 후에는 100℃, 60 cycle로 진행한 동판만이 산화가 되지 않았다. 증착온도가 높을수록, 증착 두께가 두꺼울수록 산화방지 특성이 우수함을 확인할 수 있었다. 공정온도 100℃에서 동판에 5nm와 10nm 두께의 Al2O3를 증착하여 Pre-condition 열처리를 진행한 후 ALD 박막의 구조 변화 및 산화 방지특성을 확인하기 위하여 TEM 및 EDS 분석을 진행하였다. 5nm의 Al2O3 막을 증착한 경우, 열처리시 하부 기판의 구리가 Al2O3 층을 뚫고 외부 산소와 결합하여 두꺼운 구리 산화막을 형성함을 확인할 수 있었다. 하지만 10nm의 Al2O3를 증착한 경우에는 열처리 후에도 Al2O3막이 그대로 유지되면서 구리 산화막은 형성되지 않았다. 그러므로 10nm의 ALD Al2O3 막은 우수한 구리의 부식 방지 특성을 보임을 확인할 수 있었다.

 구리를 주재료로 사용하는 반도체용 PCB나 Lead Frame에 ALD 방식으로 증착한 부식방지막은 매우 우수한 산소 및 수분 방지 특성을 가지고 있다.
 엔씨디는 이러한 응용을 위한 고생산성 대면적 ALD 장비 및 기술을 보유하고 있다. Lead Frame용 ALD 장비는 Lucida GSH Series를 기본으로 하여 다수의 Lead Frame을 한번에 증착할 수 있도록 전용 기판 이송장치를 추가하여 사용하면 될 것으로 판단된다. 그리고 기판 크기가 크고 flexible한 PCB의 ALD 공정을 위하여 엔씨디는 새로운 PCB 전용 ALD 장비인 Lucida GP Series의 개발을 진행하고 있다. 엔씨디는 꾸준한 연구개발을 통하여 계속적으로 ALD를 적용할 수 있는 새로운 영역을 확장할 것이다.