KR20040093705A - 임베딩된 레지스터를 형성하기 위한 에칭용액 - Google Patents

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Abstract

티오우레아를 함유하는 저항성 에칭 용액, 이것은 니켈-크롬 합금으로 된 전기 저항성 물질을 에칭하는데 특히 적합하다. 저항성 에칭용액은 (a) 구리 표면적 대 (b) 니켈/크롬 표면적의 비율이 비교적 큰 경우, 그리고 미세 지형 에칭이 소망되는 경우에, 니켈-크롬 합금의 신속하고 효과적인 에칭을 가능하게 한다.

Description

임베딩된 레지스터를 형성하기 위한 에칭용액 {ETCHING SOLUTION FOR FORMING AN EMBEDDED RESISTOR}
전자장비가 더작고 더가볍게 되어 감에 따라, 관련된 인쇄회로기판 (PCB)도 더작고 더얇게 될 필요가 있다. PCB의 크기를 감소시키기 위해, 미세 라인들은 더미세하게 만들어지고, PCB 상에서 전기적 접속을 위한 스페이스들은 감소된다. 패시브 디스크리트 콤포넌트 (예를 들면, 임베딩된 레지스터)들의 PCB 내의 집적은 PCB의 크기를 감소시키는데 또한 유용하다. 패시브 디스크리트 콤포넌트의 기능을 PCB의 적층 기질 내로 집적시키는 것은 디스크리트 콤포넌트가 이용가능한 PCB 표면적을 자유롭게 한다. 결론적으로, 임베딩된 패시브 콤포넌트의 사용은 더많은 PCB 표면적을 사용함이 없이 다수의 액티브 콤포넌트의 혼입에 의한 장치 기능의 증가를 가능하게 한다. 더나가서, 패시브 콤포넌트를 PCB 내로 임베딩시키는 것은 전자장비의 추가의 소형화를 가능하게 해줄 뿐만 아니라 신뢰성 및 전기적 성능도향상시킨다.
임베딩된 레지스터를 만드는 하나의 선행기술은 전기 저항성 물질의 박막을 구리 호일 상에 증착시켜서 만들어지는 저항성 호일을 사용하는 것이었다. 니켈(Ni) 및 크롬(Cr)을 주성분으로 갖는 금속 합금 (이후 "니켈-크롬" 또는 "Ni/Cr" 합금으로 칭함)이 임베딩된 레지스터를 형성시킬 때 전기 저항성 물질로서 전형적으로 사용된다. 이와 같은 하나의 금속 합금은 Ni/Cr/Si/Al이다. 임베딩된 레지스터를 형성하는 방법은 다음과 같다: (a) 저항성 호일을 유전층 위에 적층하고, (b) 연속하여 저항성 호일을 에칭하여 레지스터를 형성시키고, 및 (c) 형성된 레지스터를 다층 인쇄회로기판 내에 매몰시킨다.
상술한 연속 에칭 공정에 있어서, 제 1 선택적 에칭용액을 사용하여 Ni/Cr 합금을 공격함이 없이 비소망 구리를 제거한다. 다음으로 제 2 선택적 에칭용액을 사용하여 구리를 공격함이 없이 비소망 Ni/Cr 합금을 제거한다. 산성 크롬 에칭용액이 Ni/Cr 합금을 에칭하는데 바람직하다.
산성 크롬 에칭용액에 대한 여러 개의 특허들이 있다. 예를 들면, US 특허 제2,230,156호는 염산 및 글리콜을 함유하며, 글리콜이 히드록실기보다 탄소원자를 더많이 갖고 있는 크롬 에칭용액을 기술하고 있으며, US 특허 제2,687,345호는 염화칼슘 및 에틸렌 글리콜을 함유하는 크롬 에칭용액을 기술한다. 더나가서, US 특허 제4,160,691호는 염산 및 글리세린을 함유하는 크롬 에칭용액을 기술한다. 이들 언급된 용액들은 모두 산성 크롬 에칭용액으로, 이들은 구리를 거의 또는 전혀 공격하지 않고 크롬을 효과적으로 제거한다. 따라서, 이들 선행기술 에찬트들은Ni/Cr 합금층을 에칭하는데 사용될 수 있다.
지금까지 기술된 유형의 용액의 에칭속도는 하기식의 비율이 증가함에 따라 상당히 감소한다는 것이 관찰되었다:
에칭용액에 노출된 구리의 표면적 (C SA )
에칭용액에 노출된 Ni/Cr 합금의 표면적 (RSA)
상기 비율 (이후 "CSA/RSA비율"이라고 칭함)은 Ni/Cr 합금의 에칭이 저해되는 값에 도달될 수 있다. 더구나, 몇몇 Ni/Cr 합금 에칭용액은 구리 표면에 침착하여 저항성 호일의 박리강도 및 저장기간을 향상시키는 처리법들 (비제한적인 예로서, 접착-보조 처리(예. 노둘라 처리), 열적 배리어층 처리, 방청 처리, 및 수지 내성 코팅 처리)를 풀어버릴(dissolve) 수도 있다는 것을 발견하였다.
본 발명은, 니켈-크롬 합금으로 구성된 저항층의 에칭을 위해 선행기술들의 상기 및 다른 약점들에 역점을 두어 다루고 있다.
본 발명은 저항성 호일 상의 전기 저항층을 에칭하기 위한 에칭 용액에 관한 것으로, 더욱 특별하게는 티오우레아를 함유하는 에칭용액에 관한 것으로, 이것은 니켈-크롬 합금으로 된 전기 저항층을 에칭하는데 특히 적합하다.
본 발명은 어떤 부분 및 그 부분들의 배열로 된 물리적인 형태를 취할 수도 있으며, 그 바람직한 구현예는 명세서에서 상세히 기술될 것이고 그 일부를 이루는 첨부된 도면에서 묘사되는데, 하기와 같다:
도 1은 유전층에 결합된 저항성 호일을 포함하는 적층 조립물의 단면도이고;
도 2는 도 1에 도시된 적층 조립물의, 저항성 호일의 구리층의 부위들을 에칭 제거하는 에칭 공정 후의, 단면도이고; 및
도 3은 도 2에 도시된 적층 조립물의, 저항성 호일의 저항층의 부위들을 에칭 제거하는 에칭 공정 후의, 단면도이다.
<발명을 이루고자 하는 기술적 과제>
본 발명에 따르면, 니켈-크롬 합금을 포함하는 전기 저항성 물질을 에칭하기 위한, 염산 및 티오우레아를 포함하는 저항성 에칭용액이 제공된다.
<기술구성>
본 발명의 또다른 양상에 따르면, 구리층 및 저항층을 갖는 저항성 호일로부터, 저항성 호일이 유전층에 접합되어 있는 임베딩된 레지스터를 형성하는 방법이 제공되는데, 이 방법은 구리층의 부분들을 구리 에찬트로 선택적으로 제거하여 미세 라인을 형성시키고; 및 저항층을 염산 및 티오우레아로 이루어진 에찬트로써 선택적으로 에칭시키는 것을 포함한다.
본 발명의 목적은 Ni/Cr 합금 에칭용 에찬트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 Ni/Cr 합금의 에칭 속도를 향상시키는 에찬트를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 CSA/RSA비율이 비교적 큰 Ni/Cr 합금을 적절하게 에칭하는 상술한 에찬트를 제공하는 것이다.
이들 및 다른 목적들은 하기 바람직한 구현예의 기술부분으로부터, 그리고 첨부된 도면 및 부속 청구범위를 함께 고려함으로써 명백해질 것이다.
<발명을 실시하기 위한 바람직한 실시 태양>
본 발명의 바람직한 구현예를 묘사하기 위한 목적으로만 도시되고 이를 제한하기 위한 목적으로 주어진 것이 아닌 도면들을 참조하면, 도 1은 유전층 (60)에 결합된 저항성 호일 (40)으로 일반적으로 이루어진 적층물 (10)의 단면도를 보여준다. 저항성 호일 (40)은 구리층 (20) 및 저항층 (30)을 포함한다. 저항성 호일 (40)은 저항층 (30)을 구리층 (20) 상에 증착시킴으로써 형성된다. 비제한적인 예로서, 저항층 (30)은 스퍼터링 공정을 사용하여 증착된다. 저항층 (30)은 많은 적합한 형태를 취한 수도 있는데, 비제한적인 예를 들면, 니켈-크롬 합금, 및 바람직하게는 니켈, 크롬, 알루미늄 및 실리콘으로 된 니켈-크롬 합금 (Ni/Cr/Al/Si)이다. 하나의 바람직한 구현예에 있어서, Ni/Cr/Al/Si 합금은 56wt% 니켈/38wt% 크롬/4wt% 알루미늄/2wt% 규소로 이루어진다. 유전층 (60)은, 비제한적인 예로서, 직조된 유리섬유를 함유하는 경화된 에폭시 수지 (전통적으로는, "프리프레그"로 칭해짐)이다.
연속 에칭 공정을 사용하여 레지스터를 형성시킨다. 연속 에칭 공정은 구리층 (20)을 에칭하기 위한 제 1 선택적 에칭 공정 및 저항층 (30)을 에칭하기 위한 제 2 선택적 에칭 공정을 포함한다.
선행기술에서 관습적인 것이지만, 구리의 에칭에 대비하기 위해서, 포토레지스트층 (50)을 구리층 (20)에 적용하고, 마스크 (도시하지 않음)를 포토레지스트층 (50) 위에 적용시키고, 포토레지스트층 (50)의 선택된 부위들을 마스크를 따라 경화시킨다. 그런 다음, 마스크를 제거하고, 이어서 비경화된 포토레지스트를 제거한다. 경화된 포토레지스트는, 미세 라인들이 에칭에 의해 형성되어질 구리층 (20) 위에 잔존한다. 도 2는 미세 라인들이 형성되는 제 1 선택적 에칭 공정을 추구한 적층물 (10)을 묘사한다. 이에 관하여, 구리층 (20)의 선택 부위들을 제거하여 미세라인 (22), (24) 및 (26)을 형성한다.
도 3은 저항층 (30)의 선택된 부위들이 제거되는 제 2 에칭 공정을 추구한 적층물 10을 묘사한다. 노출된 저항층 (30)에서 제 2 선택적 에칭 공정에 의해 에칭되지 않을 모든 면적들은 적절한 포토레지스트로써 피복되어야 한다는 것이 당업계 기술자들에게 이해될 것이다.
상기 논의된 바처럼, 구리의 존재는, 더욱 특별하게는 에칭되어질 노출된 구리 표면적의 양은, 저항성 물질을 제거하는데 사용되는 에칭용액의 성능에 영향을 끼치는 것처럼 보이는 것으로 관찰되어 왔다. 하나의 양상에서, CSA/RSA비율의 증가가 있다면, 전기 저항성 물질 (전형적으로 Ni/Cr 합금)의 에칭 속도는 의미가 있을 정도로 감소될 것이다. 상기 비율은 저항층 에칭이 완전히 저해되는 수치까지 도달하는 것으로 관찰되었다. 예로서, 도 2에 기재된 구현예에 있어서, 노출된 구리 측벽 (22a) 및 (24a)는 노출된 저항성 물질 (30a)의 표면적보다 상당히 더큰 표면적을 갖고 있다. 마찬가지로, 노출된 구리 측벽 (24b) 및 (26b)는 노출된 저항성 물질 (30b)의 표면적보다 상당히 더큰 표면적을 갖고 있음을 관찰할 수 있다.
에칭용액을 사용한 저항성 물질의 에칭 속도는 노출된 구리가 에칭될 저항성 물질에 더욱 가까이 근접할수록 감소된다는 것이 또한 관찰되어 왔다. 따라서, 도 2에 도시된 예에 있어서, 미세 라인 (22), (24) 및 (26) 사이의 스페이스가 감소하면서, 노출된 측벽 (22a), (24a), (24b) 및 (26b)에 관련된 노출된 면적 (30a) 및 (30b)와 측벽 (22a), (24a), (24b) 및 (26b)에 대해 인접한 노출 면적 (30a) 및 (30b)의 크기는 감소한다. 결과적으로, 전통적인 에칭용액의 에칭 속도는 감소하는 것으로 관찰될 것이다. 더구나, 전통적인 저항성 에칭용액은 구리층 (20)에 침착된 처리물들을 용해시킬 수도 있다.
인지될 바와 같이, CSA/RSA비율은, 비소망 구리가 구리 에찬트에 의해 제거되어진 후에, 경화된 포토레지스트를 구리층 (20)으로부터 스트리핑하지 않음으로써 감소될 수 있다. 따라서, 포토레지스트는 구리층 (20)을 피복하고, 반면에 저항층 (30) (예를들면, Ni/Cr 합금)의 비소망 부위들을 Ni/Cr 에칭용액으로 에칭해 낸다. 구리층 (20) 위의 경화된 포토레지스트는 노출된 구리 표면적을 감소시킨다.
고밀도 상호접속 PCB의 경우에 있어서, 전기적 상호접속을 위해 더욱 미세한 라인들 및 스페이스들이 PCB 상에 필요한 경우, 라인과 그들 사이의 스페이스의 크기는 더욱 작아진다. 그렇지만, 폭 약 2-6 mil 이하의 스페이스가 에칭될 때에 저항성물질의 적절한 에칭은, 저항성 물질에 비해서 양이 많은 구리로 인해, 종래의 저항성 에칭용액을 사용해서는 어렵다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 높은 CSA/RSA비율의 경우에, 뿐만 아니라 에칭 스페이스가 작은 경우, 즉 폭이 대략 2-6 mil 이하의 경우에, 증가된 에칭 속도로 결과되는 저항성 에칭용액이 제공된다. 이 바람직한 에칭용액은 비제한적인 예를 들어 Ni/Cr/Al/Si 합금과 같은 니켈-크롬 합금으로 된 저항성 물질을 에칭하는데 특히 적절하다.
본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, HCl 및 티오우레아로 이루어진 에칭용액이 제공된다. 바람직한 구현예에 있어서, 저항성 에칭용액은 HCl, 글리세린 및 티오우레아로 이루어진 용액이다. 티오우레아는 니켈-크롬 합금의 에칭 속도를, 특히 CSA/RSA비율이 높은 경우에, 상당히 증가시키는 것으로 관찰되었다. 티오우레아를 저항성 에칭용액에 첨가하면, 심지어 저항성 에칭 공정 도중에 구리 상에 포토레지스트가 존재하지 않는 경우에도, 적절한 미세 지형(feature) 에칭 (즉 < 6 mils의 노출된 면적 30a, 30b에서 니켈-크롬 합금 저항성 물질의 에칭)을 하는 것이 가능하다.
바람직한 저항성 에칭용액은 염산 (37중량% HCl)을 5부피% 내지 95부피% (바람직하게는 약 43부피%)의 범위로, 글리세린을 5부피% 내지 95부피% (바람직하게는 약 46부피%)의 범위로, 티오우레아를 0.1 ppm 내지 100 g/리터 (더욱 바람직하게는 1 ppm 내지 2ppm)의 범위로, 그리고 100% (총 부피%)로 만드는 충분한 물을 포함한다. 바람직한 저항성 에칭용액의 온도는 실온 (약 68℉ 내지 약 77℉ ) 내지 대략 그 에칭용액의 비등점 온도 (약 220℉ )의 범위, 바람직하게는 120℉ 내지 180℉ 의 범위, 더욱 바람직하게는 140℉ 내지 150℉ 의 범위이다. 저항성 에칭용액은 바람직하게는 스프레이법으로 적용된다.
본 발명은 하기 실시예에 의해 더욱 기술될 것인데, 여기서 하나는 티오우레아를 사용하고 하는 티오우레아를 사용하지 않는 두가지 유사한 에칭용액을 사용하여 유사한 저항성 물질을 에칭한다. 이제 실시예 1 및 2를 참조하여, 티오우레아가 있고 없는 경우의 에칭시간을 비교한 것을 보여준다.
실시예 1
에칭 용액: HCl (43 부피%),
글리세린 (46 부피%),
티오우레아 (2 ppm),
물 (11 부피%)
에칭용액 온도 : 150℉
구리 호일 (단위 면적당 중량): 1 oz./ft2
저항성 물질: Ni (56wt%) / Cr (38 wt%) / Al (4 wt%) / Si (2 wt%)
저항성 물질의 두께: 0. 1 ㎛
인접한 미세 라인들 사이의 스페이스: 2-4 mils
에칭 시간
티오우레아 없음 티오우레아 2ppm
포토레지스트 있음 6 분 3 분
포토레지스트 없음 에칭 없음 5 분
EXAMPLE 2
에칭 용액: HC1 (43 부피%),
글리세린 (46 부피%),
티오우레아 (2 ppm),
물 (11 부피%)
에칭용액 온도: 150℉
구리 호일 (면적당 중량): 1 oz./ft2
저항성 물질: Ni (56wt%) / Cr (38 wt%) / Al (4 wt%) / Si (2 wt%)
저항성 물질의 두께: 0.03 ㎛
인접한 미세 라인들 사이의 스페이스: 2-4 mils
에칭 시간
티오우레아 없음 티오우레아 2ppm
포토레지스트 있음 4 분 2 분
포토레지스트 없음 에칭 없음 3 분
실시예 1 및 2에서 묘사된 에칭시간으로부터 관측할 수 있는 바처럼, 티오우레아를 포함하는 저항성 에칭용액은, 저항성 에칭 공정 도중에 포토레지스트가 존존할 때, 상당히 더 높은 에칭 속도를 갖는다. 이와 관련하여, 에칭 시간은 대략 50% 감소된다. 포토레지스트가 제거되어진 경우에는, 티오우레아를 갖는 저항성 에칭용액은 티오우레아를 배제한 저항성 에칭용액으로는 가능하지 않았던 저항성에칭을 촉진시킨다.
명세서를 읽고 이해하면서 다른 변화 또는 개조가 있을 것이다. 이러한 모든 변화 또는 개조는 청구된 바의 본 발발의 범주 또는 이와 동등성 내에 있는 한 이것에 포함되는 것으로 의도된다.

Claims (31)

  1. 니켈-크롬 합금을 포함하는 전기 저항성 물질을 에칭하기 위한, 염산 및 티오우레아를 포함하는 에칭용액.
  2. 2. 제 1 항에 있어서, 전술한 염산은 5 부피% 내지 95 부피%의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  3. 3. 제 2 항에 있어서, 전술한 염산은 약 43 부피%로 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  4. 4. 제 1 항에 있어서, 전술한 티오우레아는 0.1 ppm 내지 100 g/리터의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  5. 5. 제 4 항에 있어서, 전술한 티오우레아는 1 ppm 내지 20 ppm의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  6. 6. 제 5 항에 있어서, 전술한 티오우레아는 1 ppm 내지 2 ppm의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  7. 7. 제 1 항에 있어서, 전술한 용액은 추가로 글리세린을 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  8. 8. 제 7 항에 있어서, 전술한 글리세린은 5 부피% 내지 95 부피%의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  9. 9. 제 8 항에 있어서, 전술한 글리세린은 약 46 부피%로 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  10. 10. 제 1 항에 있어서, 전술한 용액은 물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  11. 제 10 항에 있어서, 전술한 물은 총 부피%로 100%로 만들기에 충분한 양으로 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  12. 제 1 항에 있어서, 전술한 용액은 실온 내지 전술한 용액의 대략 비등점 온도의 범위의 온도에 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  13. 제 12 항에 있어서, 전술한 용액은 120℉ 내지 180℉ 의 범위의 온도에 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  14. 제 13 항에 있어서, 전술한 용액은 140℉ 내지 150℉ 의 범위의 온도에 있는 것을 특징으로 하는 에칭용액.
  15. 구리층 및 저항층을 갖는 저항성 호일로부터, 저항성 호일이 유전층에 결합되어 있는 임베딩된 레지스터를 형성하는 방법에 있어서, 다음을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    구리층의 부위들을 구리 에찬트로써 선택적으로 제거하여 미세 라인들을 형성시키고; 및
    저항층을 염산 및 티오우레아로 된 에찬트로써 선택적으로 에칭함.
  16. 제 15 항에 있어서, 포토레지스트를 구리층에 적용하여 미세 라인을 경계짓는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 전술한 포토레지스트는 저항층의 선택적 에칭 이전에 제거되지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제 16 항에 있어서, 전술한 포토레지스트는 저항층의 선택적 에칭 이전에 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 19. 제 15 항에 있어서, 전술한 염산은 5 부피% 내지 95 부피%의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 전술한 염산은 약 43 부피%로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 15 항에 있어서, 전술한 티오우레아는 0.1 ppm 내지 100 g/리터의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 전술한 티오우레아는 1 ppm 내지 20 ppm의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 22 항에 있어서, 전술한 티오우레아는 1 ppm 내지 2 ppm의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 15 항에 있어서, 전술한 용액은 추가로 글리세린을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 24 항에 있어서, 전술한 글리세린은 5 부피% 내지 95 부피%의 범위로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 전술한 글리세린은 약 46 부피%로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 15 항에 있어서, 전술한 용액은 물을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 전술한 물은 총 부피%로 100%로 만들기에 충분한 양으로 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 15 항에 있어서, 전술한 용액은 실온 내지 전술한 용액의 대략 비등점 온도의 범위의 온도에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 전술한 용액은 120℉ 내지 180℉ 의 범위의 온도에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 전술한 용액은 140℉ 내지 150℉ 의 범위의 온도에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
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