KR20100101886A - Ｃｎｔ를 포함하는 회로층 구조 및 ｃｎｔ를 포함하는 회로층의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 CNT를 포함하는 회로층 구조 및 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법에 관한 것으로, 회로층은 무전해 동도금층에 CNT층이 형성된 구조를 가짐으로써 우수한 전기적 특성을 가지며, 전해 증착 공정을 통해 인쇄회로기판의 회로층 형성에도 CNT를 이용할 수 있는 제조방법을 제공한다.

CNT, 전해 증착, 산처리, 무전해 동도금층, 전해 동도금층

Description

ＣＮＴ를 포함하는 회로층 구조 및 ＣＮＴ를 포함하는 회로층의 제조방법{A structure of circuit layers including CNT and a fabricating method of circuit layers including CNT}

본 발명은 CNT를 포함하는 회로층 구조 및 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법에 관한 것이다.

현재 전자기기 및 전자부품에 있어서, 소자간의 연결 및 상/하층 전기적인 접속은 비저항 특성 및 경제적인 측면을 고려하여 구리(Cu)를 사용하고 있다. 일반적으로, 구현된 회로 선폭의 단면적이 벌크(Bulk) 금속에서 전자의 MFP(Mean Free Path)보다 작은 경우에는 전자 표면 산란(electron surface scattering) 및/또는 전자 경계 산란(electron boundary scattering)에 의해 본래의 비저항보다 큰 폭으로 증가한다고 알려져 있는바, 400nm의 MFP를 갖는 구리는 400nm보다 작은 회로선폭을 갖는 회로를 구현하는 경우 본래의 비저항 특성을 기대할 수 없다.

따라서, 최근에는 직경이 수 nm로 초미세 배선에 적용하기에 유리하며, 구리 대비 최대 허용 전류가 약 1000배 정도 큰 CNT(carbon nano tube; CNT)를 이용하여 인쇄회로기판의 회로패턴(X-Y interconnection)을 형성하고, 층간연결(Z- interconnection)을 하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

종래에는 AFM(Atomic Force Microscopy; 원자힘 현미경)-팁으로 CNT에 인위적인 힘을 가하여 패턴 형태를 구현하여 회로패턴을 형성하려는 시도가 있었고, CNT를 화학 기상 성장법(Chemical Vapor Deposition; CVD)을 이용하여 수직성장시켜 층간 연결하려는 시도가 있었다. 그러나, AFM-팁으로 인위적인 힘을 가하여 회로패턴을 구부리는 과정에서 CNT 고유의 특성을 잃어버려 회로패턴 구현의 신뢰성을 보장할 수 없는 문제점이 있어 이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있지 않고 있다.

도 1 내지 도 4에는 종래기술에 따른 층간 연결을 위한 카본 나노 튜브를 실리콘기판에 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정단면도가 도시되어 있다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11) 상에 나노 크기의 촉매 금속 입자(12)를 증착하고, 그 위로 절연층(13)을 형성한다.

다음, 도 2에 도시한 바와 같이, 절연층(13)에 레이저 비아홀(14)을 가공한다.

다음, 도 3에 도시한 바와 같이, 레이저 비아홀에 고온(500℃~1000℃) 합성 방법인 화학 기상 성장법을 이용하여 카본 나노 튜브(15)를 수직방향으로 성장시킨다.

다음, 도 4에 도시한 바와 같이, 절연층(13) 상에 상기 카본 나노 튜브(15) 와 전기적으로 연결되도록 동박층(16)을 증착함으로써 카본 나노 튜브(15)를 층간 연결 도구로 사용하였다.

그러나, 종래기술에 따라 카본 나노 튜브(15)를 형성하기 위해서는 고온(약 500℃ ~ 약 4000℃)의 공정 온도를 수반하는 화학 기상 성장법이 요구되었고, 이에 따라 카본 나노 튜브(15)를 수직 방향으로 성장시키기 위해 고온에서도 사용될 수 있는 기제, 예를 들어, 실리콘 기판(11)과 같은 기제가 요구되었을 뿐만 아니라 제조시간 및 제조비용이 많이 들고, 제조공정 또한 복잡한 문제점이 있었다.

또한, 별도의 금속촉매(12)가 필요할 뿐만 아니라 실리콘 기판(11) 위에 나노 크기의 금속촉매(12)를 형성하기 위해 밀폐성이 높은 특수 용기가 필요하여 장비 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

이와 같이 화학 기상 성장법을 이용하여 카본 나노 튜브를 형성하는 것은 인쇄회로기판의 제조공정에 직접 적용하는데 부적합한 면이 많았다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 회로층의 전기적 특성이 우수하고, 인쇄회로기판의 회로층 형성에 CNT를 적용할 수 있는 CNT를 포함하는 회로층 구조 및 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층 구조는, 절연층에 형성된 무전해 동도금층, 및 상기 무전해 동도금층에 증착된 CNT층을 포함한다.

여기서, 상기 CNT층에 형성된 전해 동도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절연층과 상기 무전해 동도금층 사이에는 동박층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법은, (A) 절연층에 무전해 동도금층을 형성하는 단계, (B) 상기 무전해 동도금층에 오픈부를 갖는 도금 레지스트를 도포하는 단계, (C) 상기 오픈부에 의해 노출된 상기 무전해 동도금층에 전해 증착 공정에 의해 CNT층을 형성하는 단계, 및 (D) 상기 도금 레지스트와 그 하부의 상기 무전해 도금층을 제거하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 (A) 단계에서, 상기 절연층과 상기 무전해 동도금층 사이에는 동 박층이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (C) 단계는, (C1) 음극 전하가 형성된 CNT를 포함하는 증착 용액을 준비하는 단계, 및 (C2) 전해 도금 장치를 상기 증착 용액에 설치한 후, 상기 오픈부에 의해 노출된 상기 무전해 도금층을 양극에 위치시킨 상태에서 전해 증착 공정을 수행하여 상기 무전해 동금층에 CNT층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (C1) 단계에서, 상기 음극 전하가 형성된 CNT는 CNT를 산성용액에 침지함으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 (C) 단계와 상기 (D) 단계 사이에, (C1) 상기 CNT층에 전해 동도금층을 형성하는 단계가 수행되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 회로층이 CNT를 포함함으로써 우수한 전기적 특성을 가지면서, 초미세 회로층의 구현이 가능하게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 전해 증착 공정을 통해 CNT를 무전해 동도금층에 형성함으로써, 인쇄회로기판의 회로층 형성에도 CNT를 이용할 수 있는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명에 따르면, 기존의 SAP 공법 및 MSAP 공법을 접목하여 적용가능한 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

CNT 를 포함하는 회로층의 구조

도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층 구조를 나타내는 단면도이고, 도 6도 5에 도시된 CNT를 포함하는 회로층 구조의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층(100a)은 절연층(102) 상의 무전해 동도금층(104)에 CNT층(106)이 증착된 구조를 갖는다. 여기서, CNT층(106)은 무전해 동도금층(104)에 전해 증착 공정에 의해 치밀한 구조로 약 6~18㎛의 두께로 증착된다. 또한, 무전해 동도금층(104)은 CNT층(106)과의 접착력을 증대시킨다.

한편, 도 6에 도시한 바와 같이, 절연층(102)과 무전해 동도금층(104) 사이에 얇은 동박층(103)이 형성될 수 있다.

도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층 구조를 나타내는 단면도이고, 도 8은 도 7에 도시된 CNT를 포함하는 회로층 구조의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층(100b)은 절연층(102) 상의 무전해 동도금층(104)에 CNT층(106)이 증착되고, 상기 CNT층(106)에 전해 동도금층(108)이 형성된 구조를 갖는다. 즉, 전해 동도금층(108)으로 인해 회로층의 높이 제어가 더욱 용이하게 된다.

한편, 도 8에 도시한 바와 같이, 절연층(102)과 무전해 동도금층(104) 사이에 얇은 동박층(103)이 형성될 수 있다.

CNT 를 포함하는 회로층의 제조방법

도 9a 내지 도 15는 본 발명의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CNT를 포 함하는 회로층의 제조방법을 공정순서대로 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 9a 내지 도 15를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법은, 절연층에 무전해 동도금층을 형성하는 S110 단계, 상기 무전해 동도금층에 오픈부를 갖는 도금 레지스트를 도포하는 S120 단계, 상기 오픈부에 의해 노출된 상기 무전해 동도금층에 전해 증착 공정에 의해 CNT층을 형성하는 S130 단계, 및 상기 도금 레지스트와 그 하부의 상기 무전해 도금층을 제거하는 S140 단계를 포함한다. 이하, 각 단계에 대응하는 도면을 참조하여 구체적으로 각 단계를 설명하기로 한다. 본 실시예는 SAP 공법에 CNT의 전해 증착 공정을 적용하여 회로층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

S110 단계는, 절연층에 무전해 동도금층을 형성하는 단계로서, 도 9a 및 도 9b는 본 단계에 대응하는 공정을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 9a에 도시한 바와 같이, 절연층(102)에 무전해 동도금층(104)을 형성한다. 도 9b에는 무전해 동도금층(104)의 실제 형성 사진이 개시되어 있다.

이때, 무전해 동도금층(104)은 촉매를 절연층(102)의 표면에 흡착한 후, 무전해 도금액의 구성 성분이 환원제로부터 전자를 받아 동으로 석출하는 원리로 형성된다.

여기서, 촉매 흡착은 크리너-컨디셔너 과정→ 예비 촉매처리 과정→ 촉매 처리 과정→ 촉매 환원 과정을 거쳐 수행된다. 크리너-컨디셔너 과정은 절연층(102)에 잔존할 수 있는 유기물을 제거하여 습윤성을 좋게 하고, 계면활성제를 사용하여 표면장력을 낮춤으로써 수용성 약품이 절연층(102)에 내벽에 잘 묻도록 하는 과정이고, 예비 촉매 처리 과정은 촉매 처리에 앞서 낮은 농도(일반적으로 1~3% 희석한 촉매 약품)의 촉매 약품에 절연층(102)을 담가 촉매 처리 과정에서 사용되는 약품이 오염되거나 농도가 변화는 것을 방지하기 위한 과정이며, 촉매 처리 과정은 절연층(102)에 예를 들어 Pd-Sn(팔라디움-주석) 또는 Pd 이온 착화합물과 같은 촉매 입자를 입히는 과정이고, 촉매 환원 과정은 실제 촉매로 작용하는 Pd 금속을 얻어내기 위한 과정이다.

한편, 도 9c에 도시한 바와 같이, 베이스 기재로 절연층(102)에 1㎛ 이하의 얇은 동박층(103)이 형성된 구조를 채용하고, 그 상부에 무전해 동도금층(104)을 형성하는 MSAP 공법이 적용되는 것도 본 발명의 범주 내에 포함된다 할 것이다. 이하에서는 설명 및 도시의 편의를 위해 도 10a를 기초로 SAP 공법을 적용하는 것을 예로 하여 설명하기로 한다.

S120 단계는, 절연층(102)의 무전해 동도금층(104)에 도금 레지스트(A)를 도포하고 회로층 형성을 위한 오픈부(B)를 형성하는 단계로서, 도 10은 본 단계에 대응하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 10에 도시한 바와 같이, 절연층(102)의 무전해 동도금층(104)에 드라이 필름(dry film)과 같은 도금 레지스트(A)를 도포하고, 노광 현상 공정을 통해 회로형성영역을 노출시키는 오픈부(B)를 형성한다.

S130 단계는, 오픈부(B)에 의해 노출된 무전해 동도금층(104)에 전해 증착 공정에 의해 CNT층(106)을 형성하는 단계로서, 도 11 내지 도 12(도 12a 내지 도 12c)은 본 단계에 대응하는 공정을 나타내는 도면이다.

먼저, 도 11에 도시한 바와 같이, CNT를 산성용액(C)에 침지하여 음극 전하가 형성된 CNT를 제조한다.

이때, CNT를 황산, 질산, 염산 등과 같은 산성용액에 침지하면 카르복실기(COOH)와 같은 기능성 그룹을 갖는 CNT, 즉 음극 전하가 형성된 CNT가 제조된다.

예를 들어, 본 단계는 황산(H2SO4)과 질산(HNO3)이 혼합된 산용액(바람직하게는 황산과 질산의 부피비는 3:1)에 CNT를 첨가한 상태에서 초음파 분산 처리(sonication) 공정을 실시하여 CNT를 정제하고 절단한 후, 리플럭싱(refluxing), 산용액의 필터링(filtering), 및 초순수물(D.I. water)에 의한 세척(rinsing) 공정을 수행함으로써 진행된다.

다음, 도 12a에 도시한 바와 같이, 음극 전하가 형성된 CNT를 포함하는 증착용액(116)에 음극(112)으로 금속막대를 설치하고, 양극(114)으로 CNT를 증착하려는 대상을 설치한 후, 전류를 인가하여 전해 증착 공정을 수행한다.

여기서, CNT를 증착하려는 대상은 도 10에 도시된 일면에 무전해 동도금층(104), 및 오픈부(B)를 갖는 레지스트(A)가 형성된 절연층(102)이다.

이때, 음극 전하가 형성된 CNT는 정전기적 인력에 의해 양극(114)에 증착되게 된다. 즉, 도 12b에 도시한 바와 같이, 오픈부(B)에 의해 노출된 무전해 동도금층(104) 상에 CNT층(106)이 형성된다. 한편, 도 12c에는 CNT층(106)이 증착된 실제사진이 개시되어 있다.

S140 단계는, 도금 레지스트(A)와 그 하부의 무전해 도금층(104)을 제거하여 회로층을 형성하는 단계로서, 도 13은 본 단계에 대응하는 공정을 나타내는 도면이다.

도 13에 도시한 바와 같이, 드라이 필름과 같은 도금 레지스트(A)를 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼륨(KOH) 등의 박리액을 사용하여 제거하고, 그 하부에 형성된 무전해 동도금층(104)을 플래시 에칭(flash etching) 및/또는 퀵 에칭(quick etching)으로 제거하여 CNT층을 포함하는 회로층을 완성한다.

한편, S130 단계와 S140 단계 사이에, CNT층(106)에 전해 동도금층(108)을 형성하는 S135 단계가 수행될 수 있다.

즉, 도 14a에 도시한 바와 같이, 오픈부(B)의 일부에 일정높이를 갖는 CNT층(106)을 형성한 상태에서, CNT층(106) 상에 전해 동도금층(108)을 형성할 수 있다. 한편, 도 14b에는 전해 동도금층(108)이 형성된 실제 사진이 개시되어 있다. 이에 따라 전해 동도금층(108)을 통해 회로층의 높이 제어가 가능하게 된다.

다음, 도 15에 도시한 바와 같이, 도금 레지스트(A)를 제거하고, 그 하부에 형성된 무전해 동도금층(104)을 제거하여 CNT층을 포함하는 회로층을 완성한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 CNT를 포함하는 회로층 구조 및 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

도 1 내지 도 4는 종래기술에 따른 층간 연결을 위한 카본 나노 튜브를 인쇄회로기판에 형성하는 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.

도 5는 본 발명의 바람직한 제1 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층 구조를 나타내는 단면도이다.

도 6도 5에 도시된 CNT를 포함하는 회로층 구조의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 7은 본 발명의 바람직한 제2 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층 구조를 나타내는 단면도이다.

도 8은 도 7에 도시된 CNT를 포함하는 회로층 구조의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도 9a 내지 도 15는 본 발명의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법을 공정순서대로 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

102 : 절연층 103 : 얇은 동박층

104 : 무전해 동도금층 106 : CNT층

108 : 전해 동도금층

Claims (8)

1. 절연층에 형성된 무전해 동도금층; 및

   상기 무전해 동도금층에 증착된 CNT층

   을 포함하는 CNT를 포함하는 회로층 구조.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 CNT층에 형성된 전해 동도금층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT를 포함하는 회로층 구조.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 절연층과 상기 무전해 동도금층 사이에는 동박층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CNT를 포함하는 회로층 구조.
4. (A) 절연층에 무전해 동도금층을 형성하는 단계;

   (B) 상기 무전해 동도금층에 오픈부를 갖는 도금 레지스트를 도포하는 단계;

   (C) 상기 오픈부에 의해 노출된 상기 무전해 동도금층에 전해 증착 공정에 의해 CNT층을 형성하는 단계; 및

   (D) 상기 도금 레지스트와 그 하부의 상기 무전해 도금층을 제거하는 단계

   를 포함하는 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 (A) 단계에서,

   상기 절연층과 상기 무전해 동도금층 사이에는 동박층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법.
6. 청구항 4에 있어서,

   상기 (C) 단계는,

   (C1) 음극 전하가 형성된 CNT를 포함하는 증착 용액을 준비하는 단계; 및

   (C2) 전해 도금 장치를 상기 증착 용액에 설치한 후, 상기 오픈부에 의해 노출된 상기 무전해 도금층을 양극에 위치시킨 상태에서 전해 증착 공정을 수행하여 상기 무전해 동금층에 CNT층을 형성하는 단계

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 (C1) 단계에서,

   상기 음극 전하가 형성된 CNT는 CNT를 산성용액에 침지함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법.
8. 청구항 4에 있어서,

   상기 (C) 단계와 상기 (D) 단계 사이에,

   (C1) 상기 CNT층에 전해 동도금층을 형성하는 단계

   가 수행되는 것을 특징으로 하는 CNT를 포함하는 회로층의 제조방법.

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