This paper report nanotribological behavior between Si tip and Cu wafer surfaces which was treated various concentration of $H_2O_2$. This experimental approach has proven atomic level insight into Cu CMP. It has been used to study interfacial friction and adhesion force between Si tip and Cu wafer surfaces in air by atomic force microscopy (AFM). Adhesion force of Cu surfaces which was pre-cleaned in diluted HF solution was lager than Cu oxide surfaces. Adhesion force of Cu oxide surface was saturated around 7 nN. Slope of normal force vs lateral signal was increased as increasing concentration of $H_2O_2$ and it was saturated around 24. Friction force of Cu oxide was lager than Cu.
To realize copper-based electrode materials for printed electronics applications, it is necessary to improve the adhesion strength between conductive lines and the substrate. Here, we report the preparation of Cu pastes using (3-glycidoxypropyl) trimethoxysilane (GPTMS) prepolymer as an adhesion promoter (AP). The Cu pastes were screen-printed on glass and polyimide (PI) substrates and sintered at high temperatures (> $250^{\circ}C$) under a formic acid/$N_2$ environment. According to the adhesion strengths and electrical conductivities of the sintered Cu films, the optimized Cu paste was composed of 1.0 wt % GPTMS prepolymer, 83.6 wt % Cu powder and 15.4 wt % vehicle. After sintering at $400^{\circ}C$ on a glass substrate and $275^{\circ}C$ on a PI substrate, the Cu films showed the sheet resistances of $10.0m{\Omega}/sq$. and $5.2m{\Omega}/sq$., respectively. Furthermore, the sintered Cu films exhibit excellent adhesion properties according to the results of the ASTM-D3359 standard test.
본 연구에서는 집적회로의 배선공정에 적용될 무전해도금된 Cu박막의 열적 특성과 접착특성에 대하여 고찰하였다. 시편은 Si 기판에 MOCVD법으로 TaN 확산방지막을 증착시킨 후 그 위에 무전해도금법으로 Cu 막을 증착시켜 Cu/TaN/Si 구조의 다층박막을 제조하였다. 이렇게 제조된 Cu/TaN/Si 시편을 수소와 Ar 분위기에서 각각 열처리시킨 후 열처리온도에 따른 비저항을 측정함으로써 Cu박막의 열적 안정성을 분석하였다. Cu박막과 TaN확산방지막과의 접착특성을 분석하기 위하여 scratch test를 사용하였으며, TaN 확산방지막에 대한 무전해도금된 Cu배선막의 접착력은 일반적인 Thermal evaporation과 Sputturing 방법으로 증착된 Cu 박막의 경우와 비교함으로써 평가되었다. TaN 박막에 대한 Cu박막의 접착성을 평가하기 위해 scratch test를 행한 결과 무전해도금된 Cu박막의 경우 다른 방법으로 증착된 Cu 박막과 비슷한 접착특성을 나타내었으며, acoustic emission분석과 microscope 관찰 결과 sputtering이나 evaporation 방법으로 증착된 Cu박막 보다 무전해도금된 Cu박막이 상대 적으로 우수한 접착력을 나타내었다.
The effects of the alkali surface modification process on the adhesion strength between electroless-plated Cu and polyimide films were investigated. The polyimide surfaces were effectively modified by alkali surface treatments from the hydrophobic to the hydrophilic states, and it was confirmed by the results of the contact angle measurement. The surface roughness increased by alkali surface treatments and the adhesion strength was proportional to the surface roughness. The adhesion strength of Cu/polyimide interface treated by KOH + EDA (Ethylenediamine) was 874 gf/cm which is better than that treated by KOH and KOH + $KMnO_4$. The results of XPS spectra revealed that the alkali treatment formed oxygen functional groups such as carboxyl and amide groups on the polyimide films which is closely related to the interfacial bonding mechanism between electroless-plated Cu and polyimide films. It could be suggested that the species and contents of functional group on polyimide films, surface roughness and contact angle were related with the adhesion strength of Cu/polyimide in combination.
Polycarbonates are widely used as housing materials of electronic handsets. Since the polycarbonate is electrically insulating, there should be a conducting layer on the polycarbonate for EMI shielding. In this study, we sputter deposited Cu films on the polycarbonate substrates for EMI shielding. Plasma treatments of polycarbonates were used to increase the adhesion strength of the Cu film/polycarbonate interface. The surface energy of the polycarbonate was greatly increased from $30mJ/m^2 \;to\; 65mJ/m^2$ by a 200 W $O_2$ plasma treatment for 10s. It is thought that this is because of the ion bombardment. The adhesion strength of the sputter deposited Cu film to the polycarbonate was quantitatively measured by a 4 point bending tester. A moderate plasma surface treatment of the polycarbonate increased the Cu film/polycarbonate adhesion strength by $30\%$. The EMI shielding efficiency of the sputter deposited $10{\mu}m$ Cu lam on the polycarbonate showed 90dB in the range of 100MHz to 1000MHz.
Aluminum-based hybrid parts were fabricated through a compound casting process with Al or Cu inserts which can be used for applications requiring high conductivity. Because the interface stability between the insert and the aluminum matrix is important, the effects of process variables on the interfacial adhesion strength were investigated. Additions of Cu and Mg to Al melt were found to enhance the adhesion strength, though the melt fluidity was slightly deteriorated when a small amount of Mg was added. An isothermal heating process after casting further improved the strength. However AlCu intermetallic compounds formed and their thickness increased during the heating process. As a result, deterioration in the interfacial adhesion strength was observed after an excessive annealing treatment.
In this thesis, We Fabricated Cu thin films of 1000 $\AA$, 3000 $\AA$, and 6000 $\AA$ thickness on the single crystal sapphire, polycrystal alumina, and amorphous slide glass substrates deposited by electron beam evaporation(EBE) method. We investigated properties of resistivity and adhesion of these Cu thin films under various conditions, substrate temperature(room temperature, 10$0^{\circ}C$, 20$0^{\circ}C$ under vacuum) and annealing temperatures(400 $^{\circ}C$, 600 $^{\circ}C$ for 30 min after the deposition). We found that these adhesion was increased in order of slide glass, sapphire, and alumina. The adhesion of the Cu thin films on alumina was high value about 4 times, compared with that of the Cu thin films on slide glass. We found that these resistivities were decreased with increasing substrate temperature and thin film thickness. The resistivity(2.05 $\mu$Ω\ulcornercm) of the Cu thin films with 6000 $\AA$ thickness at 200 $^{\circ}C$ on the slide glass was low value, compared with that of aluminum(2.66 $\mu$Ω\ulcornercm).
In the study of TAB(Tape Automated Bonding)technologies, Cu-Cr sputtered seed layer has been used to improve the adhesion between Polyimide and Cu film and electrical properties. But the Cu electrodeposit on Cu-Cr film had poor adhesion or powder-like form due to the surface Cr oxides on the Cu-Cr film. By means of activating the Cu-Cr film with the oxalic acid and phosphoric acid, the Cu film with the improved adhesion could be coated on the Cu-Cr sputtered film in CuSO4 solution. The etching rate was compared with increasing the Cr content of the sputtered Cu-Cr film, and anodic polarization curve in FeCl3 solution was investigated. With increasing the Cr content, the etching rate was reduced. The clean etching cross section could be obtained with increasing the concentration of FeCl3 solution. But above the 13 w/o Cr content, Cu-Cr sputtered film could not bed etched cleanly only with FeCl3 solution and additives were needed.
To develope new lead-free solders with the melting temperature close to that of Sn-37Pb$(183^{\circ}C)$, Sn-0.7Cu-5Pb-1Ga, Sn-0.7Cu-5Pb-1Ag, Sn-0.7Cu-5Pb-5Bi-1Ag, and Sn-0.7Cu-SBi-1Ag alloys were composed by adding low-netting elements such as Ga, Bi, Pb, and Ag to Sn-0.7Cu. Then the melting temperatures, microstructures, wettability, and adhesion properties of these alloys were evaluated. DSC analysis showed that the melting temperature of Sn-0.7Cu-SPb-1Ga was $211^{\circ}C$, and those of other alloys was in the range of $192\~200^{\circ}C$. Microstructures of these alloys after heat-treatment at $150^{\circ}C$ for 24 hrs were basically composed of coarsely- grown $\beta-Sn$ grains, and $Cu_6Sn_5$ and $Ag_3Sn$ intermetallic precipitates. Sn-0.7Cu-5Pb-1Ga and Sn-0.7Cu-5Pb-5Bi-1Ag showed excellent wettability, while Sn-0.7Cu-5Bi-1Ag and Sn-0.7Cu-5Pb-5Bi-1Ag revealed good adhesion strength with the Cu substrates. Among 4 alloys, Sn-0.7Cu-5Pb-5Bi-1Ag with the lowest melting temperature $(192^{\circ}C)$ and relatively excellent wettability and adhesion strength was suggested to be the best candidate solder to replace Sn-37Pb.
For a decade, solution-processed functional materials and various printing technologies have attracted increasingly the significant interest in realizing low-cost flexible electronics. In this study, Cu nanoparticles are synthesized via the chemical reduction of Cu ions under inert atmosphere. To prevent interparticle agglomeration and surface oxidation, oleic acid is incorporated as a surface capping molecule and hydrazine is used as a reducing agent. To endow water-compatibility, the surface of synthesized Cu nanoparticles is modified by a mixture of carboxyl-terminated anionic polyelectrolyte and polyoxylethylene oleylamine ether. For reducing the surface tension and the evaporation rate of aqueous Cu nanoparticle inks, the solvent composition of Cu nanoparticle ink is designed as DI water:2-methoxy ethanol:glycerol:ethylene glycol = 50:20:5:25 wt%. The effects of poly(styrene-co-maleic acid) as an adhesion promoter(AP) on rheology of aqueous Cu nanoparticle inks and adhesion of Cu pattern printed on polyimid films are investigated. The 40 wt% aqueous Cu nanoparticle inks with 0.5 wt% of Poly(styrene-co-maleic acid) show the "Newtonian flow" and has a low viscosity under $10mPa{\cdots}S$, which is applicable to inkjet printing. The Cu patterns with a linewidth of $50{\sim}60{\mu}m$ are successfully fabricated. With the addition of Poly(styrene-co-maleic acid), the adhesion of printed Cu patterns on polyimid films is superior to those of patterns prepared from Poly(styrene-co-maleic acid)-free inks. The resistivities of Cu films are measured to be $10{\sim}15{\mu}{\Omega}{\cdot}cm$ at annealing temperature of $300^{\circ}C$.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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