KR100385109B1

KR100385109B1 - 금속 배선의 제조방법

Info

Publication number: KR100385109B1
Application number: KR10-2000-0048911A
Authority: KR
Inventors: 치카마요시마사; 이주미요시히로
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1999-08-26
Filing date: 2000-08-23
Publication date: 2003-05-22
Also published as: TW451226B; JP2001135168A; KR20010067098A; US6802985B1

Abstract

저 비용으로 제조될 수 있고 대규모 기판에 용이하게 적용될 수 있는 전기 배선의 제조방법이 제공된다. 감광성 그라운드 수지 막을 코팅법에 의해 절연 기판상에 형성한다. 이 그라운드 수지 막을 노광 및 현상공정에 처리시킴으로써 배선 패턴으로 패터닝된 그라운드 수지 막을 얻는다. 이어 패터닝된 그라운드 수지 막상에 Cu로 제조된 저 저항 금속 막을 무전해 도금에 의해 형성한다.

Description

금속 배선의 제조방법{Method for fabricating metal wirings}

본 발명은 액정 표시장치(LCD), 플라즈마 표시 패널(PDP), 엘렉트로크로믹 표시장치(ECD) 및 전자발광 표시장치(ELD)와 같은 평면 패널 표시장치, 세라믹 판을 사용한 인쇄 배선판 및 기타 다양한 분야에 사용되는 금속 배선의 제조방법에 관한 것이다.

통상적으로, LCD로 대표되는 평면 패널 표시장치에서, 보통 액정과 같은 표시 물질은 한쌍의 기판사이에 유지되며 전압이 이 표시 물질에 인가된다. 이러한 경우, 전기 배선 라인은 기판의 적어도 하나에 배열된다.

예컨대, 액티브 매트릭스 구동형 LCD의 경우, 표시 유닛의 기판 형성 부분의 일부상에 게이트 전극과 데이타 전극을 매트릭스 형상으로 배치시키고 이들 전극의 개별 교차점에 박막 트랜지스터(TFT)와 화소 전극을 배치한다. 보통, 이들 게이트 전극과 데이타 전극은 Ta, Al 또는 Mo와 같은 금속 재료로 제조되며 스퍼터링법과 같은 건식 막 형성 공정에 의해 퇴적된다.

이러한 평면 패널 표시장치에서, 보다 큰 면적과 보다 높은 해상도를 얻기 위하여, 드라이브 주기를 증가시키는 한편 전기 배선 저항뿐만 아니라 기생 용량을 증가시킨다. 그 결과, 구동 신호의 지연이 큰 문제점으로 나타나게 된다.

따라서, 구동 신호의 지연 문제를 해결하기위하여, 통상의 배선 물질인 Al (부피 고유저항치: 2.7 μΩㆍcm), α-Ta (부피 고유저항치: 13.1 μΩㆍcm) 또는 Mo (부피 고유저항치: 5.8 μΩㆍcm) 대신 전기 저항성이 보다 낮은 Cu (부피 고유저항치: 1.7 μΩㆍcm)를 사용하려는 시도가 있었다. 예컨대 "Low Resistance Copper Address Line for TFT-LCD" (Japan Display '89, pp. 498-501)에는 Cu를 TFT-LCD의 게이트 전극 물질로서 사용하는 경우에 대한 토론 결과를 개시하고 있다. 이 문헌에 따르면, 스퍼터링법에 의해 퇴적된 Cu막은 기판 유리와의 접착력이 불량하기 때문에 접착성을 향상시키기 위하여 Ta 등의 금속 막을 그라운드 막으로 게재시킬 필요가 있다고 기술하고 있다.

그러나, Ta 등의 금속 막이 그라운드로 제공되는 배선 구조의 경우, Cu 막 및 Ta 등의 그라운드 금속 막에 대하여 각기 건식 형성 공정 및 에칭 공정이 관련되므로 공정 증가를 유발하게되어 결국 비용 상승을 초래하므로 바람직하지 않다.

따라서, 일본 특허공개공보 평4-232922호에는 ITO (인듐-주석-산화물)로 제조된 투명 전극을 그라운드 막으로 사용하면서 이 그라운드 막상에 도금법에 의해 Cu 등의 금속 막을 형성하는 방법이 제안되어 있다. 이 수법에서는 도금된 금속이 ITO 막에만 선택적으로 형성될 수 있기 때문에 투명 전극의 ITO 막에 대해서만 패터닝 공정이 필요하므로 Cu 배선이 대규모인 경우에도 효과적으로 형성될 수 있다고 기재되어 있다. 상기 문헌은 또한 ITO 막과 접착력이 우수한 Ni 등의 금속 막을 ITO 막과 Cu 배선 사이에 개재시키는 것도 기재하고 있다.

한편, 일본 특허공개공보 평4-232922호에 기재된 전기 배선의 제조방법 이외에, 액티브 매트릭스 기판에 대한 공정 감소, 간단한 매트릭스 유형의 LCD 등에서 투명 도전 막의 낮은 저항성 및 ITO 막상에서 땜납 습윤성 개선과 같은 다양한 목적을 위해 도금 수법에 의해 패터닝된 ITO 막상에 Ni, Au, Cu 또는 기타 금속 막을 형성시키는 전기 배선의 제조방법이 제안되어 있다(일본국 특허공개공보 평2-83533호, 평 2-223924호, 평1-96383호, 소62-288883호 참조).

그러나, Cu/Ta 적층막을 스퍼터링법에 의해 형성하는 경우, 즉 보다 낮은 저항을 얻기 위한 Cu 막과 Cu 막과의 접착력을 향상시키기 위한 그라운드 금속 막 모두를 진공 퇴적 장치에 의해 형성하는 경우, Cu 막 및 그라운드 금속 막에 대한 각자의 막 퇴적법이 관련되므로, 공정 증가를 유발하여 비용증가를 초래하게 되므로 바람직하지 않다. 또한 Cu 막 및 그라운드 금속 막에 대하여 개별 에칭 공정이 관련되게 되어 공정 증가를 유발하게 되어 비용 증가를 초래하게되므로 바람직하지 않다.

또한 ITO가 그라운드 금속 막으로 사용되는 전기 배선의 제조방법에 있어서, 금속 막이 습식 형성법에 의해 형성되는 반면 ITO 막은 스퍼터링 공정, 증기퇴적법 등을 위한 진공 퇴적 장치에 의해 형성되기 때문에, 충분한 비용 감소 효과를 얻을 수 없어 대규모 기판이 쉽게 제어될 수 없는 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 진공 퇴적법을 사용하지 않고도 저가로 전기 배선을 제조할 수 있고 대규모 기판을 제어할 수 있는 전기 배선의 제조방법을 제공하는 것이다.

도 1a, 도 1b 및 도 1c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속 배선의 제조방법을 도시하는 공정도,

도 2는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 제조 공정에 의해 수득한 금속 배선을 액티브 매트릭스 기판에 적용한 박막 트랜지스터(TFT)의 단면도,

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 본 발명의 제2 실시예에 따른 금속 배선의 제조방법을 도시하는 공정도이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은,

절연 기판상에 수지를 도포하는 것에 의해 그라운드 수지 막을 형성하는 공정,

상기 그라운드 수지 막을 패터닝하는 공정, 및

상기 패터닝된 그라운드 수지 막상에 습식 막 형성 수법에 의해 선택적으로 저 저항 금속 막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면, 그라운드 수지 막은 레지스트 등과 유사하게 스핀 코팅법에 의해 형성될 수 있다. 저 저항 금속 막은 습식 막 형성수법에 의해 그라운드 수지 막상에 선택적으로 형성될 수 있다. 따라서, 진공 퇴적 장치, 에칭 장치 등의 필요성이 없어진다.

그 결과, 진공 퇴적 장치를 사용지 않고도 금속 배선을 형성할 수 있게되어 전기 배선을 종래 기술에서 나타낸 방법에 의해 형성하는 경우와 비교하여 현저히 비용을 감소할 수 있다.

또한 그라운드 막이 수지로 제조되기 때문에 양호한 접착력을 갖는 막이 절연 기판상에 용이하게 형성될 수 있다.

또한 습식 막 형성수법이 막 형성에 이용되기 때문에 기판을 용액에 침지시키는 것만으로도 막을 형성할 수 있어 대규모 기판에 쉽게 적응될 수 있다.

여기서 말하는 습식 막 형성수법은 진공 장치를 사용하지 않고 기판을 용액에 침지시키는 것만으로 막을 형성하는 수법을 지칭하는 것으로, 이 수법의 예로 도금법, 전기분해법, 딥 코팅법, 코팅법 등을 들 수 있다. 또한 후술한 일본 특허공개공보 평10-245444호에 개시된 바와 같은 막 형성 수법도 습식 막 형성 수법의 범위에 포함될 수 있다.

본 발명의 일 실시예로서, 그라운드 수지 막은 노광 및 현상에 의해 패터닝될 수 있는 감광성 수지로 제조될 수 있다.

상기 실시예에 따르면, 상술한 효과 이외에, 현재 사용되는 포토레지스트의 경우와 비교하여 고 해상도 막을 쉽게 형성할 수 있게된다. 이러한 수지를 인쇄 배선판용으로 사용하는 것에 의해, 상기 그라운드 수지 막은 단일의 저 저항 금속 막, 예컨대 Cu 막이 양호한 접착력으로 형성되게하는 그라운드 막으로 제공될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 저 저항 금속 막은 Cu, Ni 및 Au를 함유하는 단층 막 또는 이들 단층을 한 개 이상 함유하는 다층 막이다.

상기 실시예에 따르면, 저 저항 금속 막은 낮은 고유저항치 (부피 고유저항치: 1.7 μΩ·cm) 및 전기이동에 대한 긴 수명 특징을 갖는 Cu로 제조되므로 배선 물질로 적합하다.

Cu와 그라운드 수지 사이에 접착력이 낮은 경우에도, 양호한 접착력의 Ni를 그라운드로 사용하고 그위에 Cu/Au 등을 형성하는 것에 의해 그라운드 수지 막과의 접착력이 우수한 저 저항 배선을 달성할 수 있다.

일개 실시예로서, 그라운드 수지 막은 폴리이미드로 제조된다.

폴리이미드는 수지중에서도 내열성 및 내약품성이 탁월하기 때문에, 폴리이미드를 상기 실시예의 금속 배선의 제조방법에서와 같이 그라운드 수지로서 사용하면 그라운드 수지 막 형성 이후에 이어지는 제조방법은 다양한 종류의 제조방법으로부터 선택될 수 있다.

예컨대, 도금법을 저 저항 금속 막을 형성하기 위한 습식 막 형성법으로 이용하는 경우, 도금액은 많은 경우 강 알칼리 또는 강산이다. 따라서 이 목적을 위해 높은 내약품성을 갖는 것이 효과적이다.

또한 폴리이미드는 높은 내열성을 갖기 때문에 다른 막 형성법에 대한 여지도 광범위하게 허용된다. 예컨대, 보통 무정형 액정에 대한 공정 최대 온도는 약 350℃이지만, 폴리이미드는 약 400℃의 내열성을 갖고 있다(폴리이미드는 보통 약 350℃에서 열경화되고; 폴리이미드의 열분해 온도는 많은 경우 450℃ 이상이다). 따라서, 기타 수지가 사용된 경우와는 달리, 공정 온도를 저하시킬 필요가 없다.공정 변화의 불필요성은 공정 변화의 필요와 관련된 실패의 발생을 방지함으로써 생성물의 제조를 더욱 유리하게한다.

또한 액정에 사용되는 통상의 레지스트에 대한 기타 수지의 내열 온도는 약 200℃이고 아크릴 수지에 대해서는 250℃ 이하이다.

또한 감광성 폴리이미드는 금속 배선을 형성하기 위한 저 저항 금속의 그라운드 물질로서 만족스러운 해상력인 L/S = 5 ㎛ 이상의 해상력을 갖는다.

폴리이미드상에 도금된 구리는 배선판 등의 분야에서 실제로 이미 사용되고 있으므로 습식 막 형성 수법으로 도금법을 사용하는 면에서 그라운드 막으로 충분하다.

일 실시예로서, 도금을 습식 막 형성수법으로 이용하고 그라운드 수지는 도금 촉매를 함유한다.

상기 실시예에 따르면, 도금 촉매를 함유하고 있기 때문에 도금 촉매를 선택적으로 부여하기가 곤란한 수지도 사용할 수 있게된다.

또한, 도금 촉매가 용이하게 부여되도록하는 수지의 경우, 도금 공정 동안 촉매를 부여하는 공정을 생략할 수 있어 공정 감소를 용이하게 달성할 수 있어 바람직하다.

일 실시예는 또한 저 저항 금속 막을 형성하는 공정 이전에 그라운드 수지 막의 표면을 개질시키는 공정을 더 포함한다.

상기 실시예에 따르면, 그라운드 수지 막의 표면이 개질됨에 의해 그라운드 수지 막의 표면상에 돌기를 형성하게된다. 그라운드 수지 막의 표면상에 형성된 돌기에 의해, 그라운드 수지 막과 저 저항 금속 막 간의 접착력은 종래의 도금법에서 전처리 공정으로 사용되는 촉매 부여 방법으로는 얻을 수 없을 정도로 향상될 수 있다.

또한, 개질된 그라운드 수지 막의 표면은 금속 이온을 아주 잘 흡착할 수 있어 이들 금속 이온을 환원하면 그라운드 수지 막의 표면상에서 금속 층을 얻을 수 있다. 즉, 저 저항 금속 막을 형성하는 공정에서 촉매로서 작용하는 금속 막은 포토리소그래피 공정과 같은 패터닝 공정을 부가하지 않고도 그라운드 수지 막상에 선택적으로 형성될 수 있다.

일 실시예는 또한 패터닝된 그라운드 수지 막의 표면을 개질하는 공정 이후에 습식 막 형성 수법에 의해 저 저항 금속 막을 형성하는 공정에서 촉매로서 작용하는 금속 층을 표면 개질된 그라운드 수지 막상에 형성하는 공정을 더 포함한다.

상기 실시예에 따르면, 금속 층은 그라운드 수지 막상에 형성된다. 이 금속 층은 습식 막 형성 방법인 무전해 도금 공정에 의해 그라운드 수지 막상에 저 저항 금속 막을 형성하는 공정에서 촉매로서 작용한다. 상기 금속 층은 상술한 바와 같이 개질된 그라운드 수지 막상에 용이하게 형성되기 때문에, 도금 촉매가 선택적으로 부여되기 어려운 수지 물질을 그라운드 수지로 사용할 수 있게되므로 그라운드 수지 막의 재료가 다양한 범위의 재료로부터 선택될 수 있게되어 그라운드 수지의 재료 비용을 절감할 수 있다. 또한 도금 촉매가 용이하게 부여되는 수지를 사용하더라도 도금 공정에서 촉매를 부여하는 공정이 생략될 수 있기 때문에 금속 배선제조 공정을 단축할 수 있다.

일 실시예로서, 습식 막 형성 수법에 의해 저 저항 금속 막을 형성하는 방법에서 촉매로서 작용하는 금속 층을 형성하는 공정은 금속 이온을 표면 개질된 그라운드 수지 막에 흡착시키는 공정과 상기 금속 이온을 환원시키는 공정을 포함한다.

상기 실시예에 따르면, 금속 이온을 그라운드 수지 막에 흡착시킨 후, 상기 금속 이온을 환원하는 것에 의해 금속 층을 형성한다. 즉, 건식 막 퇴적수법 또는 에칭 수법을 사용하지 않고도 그라운드 수지 막상에 금속 층을 선택적으로 용이하게 저 비용으로 형성한다. 그 결과, 금속 배선의 제조 비용을 절감하여 금속 배선을 제조할 수 있다.

일 실시예로서, 패터닝된 그라운드 수지 막의 표면을 개질시키는 공정은 KOH(수산화 칼륨)를 사용하는 공정이다.

상기 실시예에 따르면, 그라운드 수지 막이 폴리이미드와 같은 강한 내약품성을 갖는 재료로 제조되더라도 에칭 공정은 KOH로 실시된다. 따라서, 그라운드 수지 막의 표면상에 돌기가 형성되어 그라운드 수지 막과 저 저항 금속 막의 양호한 접착을 얻을 수 있고 금속 이온이 충분하게 흡착될 수 있다.

일개 실시예로서, 표면 개질된 그라운드 수지 막에 흡착될 금속 이온은 Cu, Ag 및 Pd 이온중의 하나이다.

상기 실시예에 따르면, 이들 금속 이온은 습식 막 형성 수법의 일례로서 무전해 도금에 의해 저 저항 금속 막을 형성하는 공정에서 촉매로 작용하므로 도금공정용 촉매를 부가할 필요가 없어 저 저항 금속 막을 형성하는 방법을 단축시킬 수 있다. 또한 이들 금속 이온 모두는 그라운드 수지 막상에 예컨대 Cu의 저 저항 금속 막을 형성하는 공정에 대한 도금 촉매로서 작용하므로, 상기 금속 이온은 그라운드 수지 막의 종류 또는 도금 공정 조건에 따라서 선택할 수 있다.

일 실시예로서, 금속 이온을 환원시키는 공정은 저 저항 금속 막이 형성되어야하는 위치에 자외선을 조사함으로써 금속 이온을 선택적으로 환원시키는 공정이다.

상기 실시예에 따르면, 금속 이온은 자외선 조사에 의해 환원되므로, 환원제를 사용할 필요가 없어 환원제 사용과 관련된 폐액 처리를 더 이상 필요로하지 않는다. 따라서, 환원제 등에 대한 재료 비용과 폐액 처리 비용을 절감할 수 있어 금속 배선의 제조가 더 용이하고 비용면에서도 절감할 수 있다.

또한 저 저항 금속 막을 형성하는 방법에서 촉매로 작용하는 금속 층은 예컨대 마스크를 사용하여 그라운드 수지 막의 금속 이온을 선택적으로 환원시키는 것에 의해 선택적으로 형성될 수 있다. 상기 경우, 패터닝된 그라운드 수지 막상에 상이한 패턴의 저 저항 금속 막을 형성할 수 있다.

본 발명에서 형성되는 그라운드 수지 막은 0.05 내지 0.5 ㎛ 두께로 형성되는 것이 바람직하다. 예컨대, 액티브 매트릭스 구동형 LCD 등에 대한 금속 배선을 본 발명에 따라 형성하는 경우, 그라운드 수지 막이 더 두꺼울수록, 배선 점핑 부분에서 단선 또는 모서리 부분에서 균열이 발생하는 등의 문제가 생길 수 있다. 상기 액티브 매트릭스 구동형 LCD의 금속 배선에 대해서는, 금속 배선의 전체 두께가 많아야 0.5 내지 0.8 ㎛ 인 것이 바람직하므로 그라운드 수지 막의 두께는 많아야 0.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그러나, 그라운드 수지 막이 너무 얇으면, 그라운드 수지와 절연 기판간의 접착력이 낮아지거나 또는 에칭 공정에서 에칭 깊이의 불균일로 인하여 그라운드 수지 막이 손실되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서, 그라운드 수지 막의 두께는 0.05 ㎛ 이상인 것이 바람직하다.

이하에서는, 본 발명의 금속 배선의 제조방법을 첨부한 도면에 개시된 실시예를 들어 자세하게 기재한다. 이들 실시예는 본 발명에 따른 금속 배선의 제조방법이 액티브 매트릭스 구동형 LCD의 제조에 적용된다는 가정하에서 설명한 것이다.

(제1 실시예)

도 1a 내지 도 1c은 본 발명에 따른 금속 배선의 제조방법의 제1 실시예를 도시하는 공정 다이아그램으로서, 무전해 도금을 습식 막 형성수법으로 사용하고 있다. 이 경우, 유리 기판(Corning 1373 Glass, 코닝 인코포레이티드 제조)을 절연 기판(1)으로 사용하였다. 본 명세서에서 지칭하는 절연 기판은 유리 기판, 세라믹 기판 및 반도체 기판과 같은 무기 기판 또는 상면에 절연층을 구비한 도전체 기판 뿐만 아니라 다양한 유형의 유기 기판 또는 PET 막(폴리에틸렌 테레프탈레이트), ABS(알킬벤젠 술포네이트), PC(폴리카르보네이트) 등을 포함한다. 그라운드 수지 막으로서는 감광성 폴리이미드(HD-6000, 히타치 케미컬-듀퐁 제조)를 사용하였다.

(제1 공정)

제1 공정에서, 도 1a에 도시한 바와 같이, 절연 기판(1)의 상부에 피복 공정에 의해 그라운드 수지 막(2)을 형성한다.

먼저, 절연 기판(1)의 상면을 탈지시키고 알칼리 또는 산 또는 유기 용매로 세정한다. 이 세정 공정에는 초음파를 함께 이용하는 것이 효과적이다. 이어, 절연 기판(1)을 건조시킨 후, 감광성 폴리이미드를 약 1.5 ㎛ 두께로 스핀 코팅 도포법에 의해 도포하고 예열(85℃에서 120초간)하는 것에 의해 그라운드 수지 막(2)을 형성한다. 상기 액티브 매트릭스 구동형 LCD에서, 전체 금속 배선의 두께는 많아야 0.5 내지 0.8 ㎛인 것이 바람직하기 때문에, 수지 부분의 두께는 많아야 0.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 그라운드 수지 막(2)이 얇을수록, 더 얇은 금속 배선을 제조할 수 있어 테이퍼 구조가 더 우수하게된다.

그러나, 더 두꺼운 막 두께가 필요한 경우 수지 부분은 더 두꺼울 수 있다.

또한, 상기 경우에서 지칭된 그라운드 수지는 레지스트로 사용되는 노볼락 수지, 폴리이미드 기제 또는 아크릴 수지, 인쇄 배선판으로 사용되는 에폭시 수지 등으로 제조될 수 있다. 그러나, 패터닝과 선택적인 금속 도금을 수지상에서 실시할 수 있는한 어떤 수지라도 사용할 수 있다.

또한 선택적인 도금을 용이하게하기 위해, 도금 촉매를 함유하고 있는 상술한 수지를 일개 실시예로서 사용할 수 있다.

그러나, 그라운드 수지 막(2)과 도금 재료간의 접착을 확실히 하는데 어려움 때문에 수지 선택은 충분히 고려해야한다.

(제2 공정)

이어, 도 1b에 도시한 바와 같이, 제1 공정에서 수득한 그라운드 수지 막(2)을 노광 및 현상처리시켜 배선 패턴으로 패터닝시켰다. 보다 자세하게는, 레지스트의 패터닝에서, 그라운드 수지 막(2)을 광마스크를 사용하여 스테퍼와 같은 노광 장치로써 광(노광량: 400 mJ/cm²)에 노출시킨 후, 알칼리 현상제(PL-DEVELOPER-2N, 히타치 케미컬-듀퐁 제조)를 사용하여 현상 공정(실온에서 50초 동안)을 실시한 다음 고온가열 공정(300℃에서 60분간)을 실시하였다. 이때 감광성 폴리이미드의 막 두께는 약 0.5 ㎛이다. 이 막 두께는 스핀 코팅에 대한 스퍼너의 회전 수를 조절하는 것에 의해 용이하게 제어될 수 있다.

노광 및 현상 공정에 의해 패터닝될 수 있는 감광성 수지는 비용 절감 및 공정 단순화 면에서 적합하다.

또한 상기 경우에서 지칭하는 그라운드 수지는 레지스트로 사용되는 노볼락 수지, 폴리이미드-기제 또는 아크릴 수지, 인쇄 배선판으로 사용되는 에폭시 수지 등으로 제조될 수 있다. 그러나, 선택적인 습식 막 형성이 수지상에서 실시될 수 있는 한 어떤 종류의 감광성 수지라도 사용할 수 있다.

그러나, 그라운드 수지와 도금 재료간의 접착을 확실히 하는데 어려움 때문에 수지 선택은 충분히 고려해야한다.

(제3 공정)

이어, 도 1c에 도시한 바와 같이, 배선 패턴으로 패터닝된 그라운드 수지 막(2a)의 상면에 무전해 도금에 의해 저 저항 금속 막(3)을 형성한다. 상기 경우, Cu 도금이 무전해 도금으로 이용되었고 Melplate Cu-390 (멜텍스 캄패니 제조)를 도금액으로 사용하였다. 상기 도금액을 사용하여 40℃의 용액 온도에서 10분간 도금 공정을 실시하여 막 두께 0.2 ㎛의 Cu 박막을 수득하였다. 무전해 도금에 의해형성되는 금속 막은 구리, 니켈, 주석, 금, 은, 크롬, 팔라듐 등으로 제조될 수 있다. 금속 막의 두께는 도금액에서 침지 시간을 변화하는 것에 의해 경우에 따라 바뀔 수 있다.

액티브 매트릭스 구동형 LCD에서 금속 배선의 경우, Cu는 재료 비용, 저항값, 전기이동 방지 등의 측면에서 적합하다. 0.2 내지 0.5 ㎛ 막 두께의 Cu 막을 형성하면 배선용으로 충분히 낮은 저항 또는 상호접속을 얻을 수 있다.

그라운드 수지의 선택의 여지가 없고 또 그라운드 수지와 도금된 Cu간의 접착력이 적은 경우에서도, 그라운드 수지와의 접착을 비교적 쉽게 일어나게하는 Ni를 그라운드 수지상에 놓고 그 위에 Cu/Au 등을 배치하는 것에 의해 그라운드 수지와 양호한 접착력을 갖는 저 저항 배선을 얻을 수 있다.

본 실시예에서는 무전해 도금을 이용하여 저 저항 금속 막을 형성하고 있지만, 전해 도금 및 전착과 같은 기타 다른 습식 막 형성수법도 이용할 수 있다. 전해 도금을 이용하면 무전해 도금에 비교하여 그라운드 막과의 접착력이 더 우수한 고품질 막을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 제1 실시예에 기재된 금속 배선의 제조방법은 Ta 등의 금속 막을 그라운드 막으로 사용하고 저 저항 금속 막을 그위에 형성한 종래의 방법과 비교할 때 이하에 기재한 바와 같이 제조 공정을 크게 단순화할 수 있어 저 비용으로 금속 배선을 제조할 수 있다.

종래의 제조방법은 다음과 같다: Ta의 그라운드 금속 막의 건식 막 형성 공 정 → Ta의 그라운드 금속 막을 패터닝하기 위한 포토리소그래피 공정 (레지스트코팅, 노광, 현상) → 에칭 (Ta의 건식 에칭) → Cu의 저 저항 금속 막의 건식 막 형성 공정 → Cu의 저 저항 금속 막을 패터닝하기 위한 포토리소그래피 공정(레지스트 코팅, 노광, 현상) → 에칭 (Cu의 습식 에칭).

제 1 실시예의 제조방법은 다음과 같다: 그라운드 수지 막의 코팅 공정 → 그라운드 수지 막을 패터닝하기 위한 포토리소그래피 공정 (노광, 현상) → Cu의 저 저항 금속 막의 무전해 선택적 도금 공정.

제1 실시예에 사용된 도금 공정은 무전해 선택적 도금(도금액 또는 기판에 전류가 통과하지 않고, 기판을 도금액에 침지하는 것에 의해서만 금속 막이 형성될 수 있음))이며, 대규모 기판을 용이하게 처리할 수 있다.

도 2는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 제조 공정에 의해 제조된 금속 배선을 액티브 매트릭스 기판에 적용한 경우의 박막 트랜지스터(TFT)의 횡단면 구조를 도시한다.

게이트 라인(11)은 그라운드 수지 막인 감광성 폴리이미드 막(13) 및 절연 기판인 유리 기판(12)상에 Cu로 제조된 저 저항 금속 막(14)으로 형성된다. 이 적층 막(11)의 면적 저항은 0.1 Ω/□ 이하이다. 게이트 라인(11)상에 SiNx로 제조된 게이트 절연체(15)를 CVD법(화학증기상 증착)에 의해 형성한다. 이 게이트 절연체(15)상에 채널 부분인 a-Si 막(16), 접촉층인 n⁺-형 a-Si 막(17), Al로 제조된 소스 전극(18)과 드레인 전극(19), ITO로 제조된 화소 전극(20) 및 SiNx로 제조된 절연 상부코팅(21)을 제공한다.

상기와 같은 방식으로 수득한 TFT 장치는 통상의 건식 막 퇴적법에 의해서만형성되는 게이트 라인을 사용하는 종래의 TFT 장치를 사용하는 것과 유사한 특징을 나타낸다는 것을 확인하였다. 또한 상기 제1 실시예는 액티브 매트릭스 구동형 LCD에 적용가능하다는 것도 확인하였다.

(제2 실시예)

본 발명에 따른 금속 배선의 제조방법의 제2 실시예에서는 일본 특허공개공보 평10-245444호에 개시된 도금 수법과 막 형성 수법을 습식 막 형성 수법으로 사용하였다.

제1 및 제2 공정에서는 제1 실시예와 유사한 공정을 실시하였다.

그러나, 감광성 폴리이미드는 제1 공정용 수지로 사용하였다. 이 폴리이미드의 표면을 과산화 수소 용액 또는 아세트산 무수물중의 황산에 의해 술폰화시키는 것에 의해 술포 기를 폴리이미드의 표면에 도입하였다. 이것을 중화시키는 것에 의해 술포기를 금속 이온 함유 용액으로 처리하여 술포 기의 금속 염으로 전환시켰다. 생성한 금속 이온을 환원시켜 금속 코팅을 폴리이미드 표면상에 형성하였다. 상술한 방법에 의해 Cu 막을 폴리이미드 수지의 표면상에 형성하였다.

이 경우, 상기 막의 저항을 더 낮게하기 위해, Cu 막의 막 두께를 두껍게하는 공정을 도금 수법에 의해 실시하여 Cu/폴리이미드 표면 저항을 0.1 Ω/□ 로 설정하였다.

상기 방법에 따르면, 대규모, 고해상도 평면 패널 표시장치용 배선 라인으로 사용하기 위한 저항면에서 아무런 문제가 없는 필름을 제조할 수 있다.

또한 수지 막으로 내열성과 내약품성이 우수한 폴리이미드의 사용으로 인하여 제1 실시예에서 기재한 바와 같이 TFT 적용이 제2 실시예에서도 또한 용이하게 실시될 수 있다.

(제3 실시예)

본 제3 실시예는 제1 실시예의 금속 배선 제조 방법의 공정 이외에 그라운드 수지 막의 표면을 개질시키는 공정을 포함한다.

도 3a, 도 3b 및 도 3c는 습식 막 형성 수법인 무전해 도금법을 이용하여 제3 실시예에 따른 금속 배선의 제조방법을 도시하는 공정 다이아그램이다.

(제1 공정)

도 3a에 도시한 제1 공정에서, 절연 기판(1)의 표면을 세정하고 건조시킨 후, 감광성 폴리이미드를 2.6 ㎛ 두께로 도포한 다음 예열(85℃에서 120초간)하여 그라운드 수지 막(2)을 형성하였다.

(제2 공정)

이어, 도 3b에 도시한 제2 공정에서, 그라운드 수지 막(2)을 패터닝하였다. 보다 자세하게는, 감광성 폴리이미드로 제조된 그라운드 수지 막(2)을 광마스크를 사용하여 스테퍼와 같은 노광 장치로 광(노광량: 400 mJ/cm²)에 노출시켰다. 이후, 알칼리 현상제(PL-DEVELOPER-2N, 히타치 케미컬-듀퐁 제조)를 사용하여 현상 공정(실온에서 50초간)을 실시한 다음 고온가열 공정(300℃에서 60분)을 실시하였다. 이때 패터닝된 그라운드 수지 막(2a)의 막 두께는 약 1 ㎛ 이다.

(제3 공정)

이어, 도 3c에 도시한 바와 같이, 배선 패턴으로 패터닝된 그라운드 수지막(2a)의 표면을 개질시킨 후 금속 층(4)을 형성한다.

먼저, 감광성 폴리이미드로 제조된 그라운드 수지 막(2a)을 KOH 용액(5몰/L)(50℃에서 5분간)에 침지시켜 그 표면이 돌기를 갖도록 개질시켰다. KOH 처리를 통하여 감광성 폴리이미드 수지의 양이온 교환 기인 아미드 결합과 카르복시 결합이 형성되었다. 이때 그라운드 수지 막(2a)의 막 두께는 0.3 ㎛이다.

이어, 패터닝된 그라운드 수지 막(2a)을 갖는 절연 기판(1)을 실온에서 1분간 AgNO₃용액에 침지시켰다. 이 공정에서, Ag 이온은 이온 교환 반응에 의하여 그라운드 수지 막(2a)의 개질된 표면(2b)에 흡착된다. 이후, 그라운드 수지 막(2a)을 갖는 절연 기판(1)에 자외선(140 W 저압 수은 램프에 의해 2 시간 동안)을 조사하는 것에 의해 Ag 이온을 환원시켜 금속 층인 Ag 층(4)을 그라운드 수지 막(2a)상에 형성하였다.

본 실시예에서는 Ag 층(4)이 금속 층으로 형성되지만, Ag 이외의 Cu, Pd 등도 사용될 수 있으며, 금속 층이 뒤이은 공정 동안 저 저항 금속 막을 형성하기 위한 무전해 도금에서 촉매로 작용할 수 있는 한 어떤 금속 층이라도 사용할 수 있다. 또한 저 저항 금속 막을 전해도금에 의해 퇴적시키는 경우, 표면 저항 분포를 더 작게만드는 저 전기 저항을 갖는 금속 층이 바람직하다.

본 실시예에서는 자외선을 절연 기판(1)의 전면에 조사시켜 그라운드 수지 막(2a)의 개질 면(2b)에 흡착될 Ag 이온을 환원시킨다. 다르게는, 마스크 등을 이용하여 자외선을 선택적으로 조사하는 것에 의해 Ag 이온을 선택적으로 환원시킨다. 이 경우, 저 저항 금속 막은 Ag 이온이 환원되지 않은 부분에서는 퇴적되지 않아, 상이한 구성의 저 저항 금속 배선이 패터닝된 그라운드 수지 막(2a)상에 형성될 수 있다. 또한 Ag 이온은 자외선을 사용하지 않고도 환원제를 사용하는 것에 의해 환원될 수 있다.

(제4 공정)

이어, 도 3d에 도시한 바와 같이, 그라운드 수지 막(2a)의 표면상에 저 저항 금속 막(3)을 무전해 도금에 의해 형성한다. 이 경우, Cu 도금이 무전해 도금으로 사용되었고 멜텍스 캄패니에 의해 제조된 Melplate Cu-390을 도금액으로 사용하였다. 이 도금액을 사용하여 40℃의 도금액 온도에서 10분간 도금 공정을 실시하여 막 두께 0.2 ㎛의 Cu 박막을 수득하였다. 그라운드 수지 막(2a)의 표면에 있는 Ag 층(4)은 Cu 퇴적의 촉매로 작용한다. 이 실시예에서는, Ag 층(4)이 그라운드 수지 막(2a)의 전면에 형성되어 있기 때문에, Cu는 그라운드 수지 막(2a)의 전면상에 저 저항 금속 막(3)으로 퇴적되었다.

본 실시예에서, 그라운드 수지 막(2a)인 감광성 폴리이미드의 막 두께가 약 0.3 ㎛이고 저 저항 금속 막(3)인 Cu 박막의 막 두께는 약 0.2 ㎛이다. 그라운드 수지 막(2a)과 저 저항 금속 막(3)의 두께의 합, 즉 금속 배선의 전체 두께는 약 0.5 ㎛이다. 이들 금속 배선은 도 2에 도시된 횡단면 구조를 갖는 박막 트랜지스터(TFT)의 금속 배선으로 바람직하다. 즉, 전체 금속 배선의 두께가 배선 점핑 부분에서 단선 또는 모서리 부분에서 균열 발생과 같은 문제를 피할 수 있도록하는 최적 두께인 약 0.5 ㎛이기 때문에, 표시 품질이 탁월한 액티브 매트릭스 구동형 LCD를 실현할 수 있다.

본 실시예에서는 그라운드 수지 막(2)의 패터닝 이후에 패터닝된 수지 막(2a)의 표면을 개질하지만, 패터닝하기 전에 그라운드 수지 막(2)의 표면을 개질시킬 수도 있다.

본 발명은 액정표시장치(LCD), 플라즈마 표시패널(PDP), 엘렉트로크로믹 표시장치(ECD) 및 전자발광 표시장치(ELD)와 같은 평면 패널 표시장치에 적합하며 또 제조 공정 감축 또는 배선 저항을 낮추기 위해 Cu를 사용하는 것에 의해 제조 비용감축이 필요한 경우 및 자원 절약 측면에서 건식 막 퇴적 대신 습식 막 형성법이 바람직한 경우에 특히 효과적이다.

또한 본 발명은 평면 패널 표시장치용 금속 배선 제조방법에만 한정되는 것이 아니고 다른 분야의 금속 배선을 제조하는 방법으로도 광범위하게 사용될 수 있다.

따라서 상술한 본 발명은 다양한 방식으로 변형될 수 있음이 분명하다. 이러한 변형은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않는 것으로 간주되며, 또 이러한 모든 변형은 당업자에게 명백하게 첨부된 특허청구범위내에 드는 것이어야한다.

본 발명에 따른 방법에 의해 제조된 금속 배선은 평면 패널 표시장치 및 그밖의 표시장치에 적합하게 사용될 수 있어 그 공업적 가치가 높다.

Claims

절연 기판상에 수지를 도포하는 것에 의해 그라운드 수지 막을 형성하는 공정;

상기 그라운드 수지 막을 패터닝하는 공정; 및

상기 패터닝된 그라운드 수지 막상에 습식 막 형성 수법에 의해 저 저항 금속 막을 선택적으로 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선의 제조방법.
제1항에 있어서, 그라운드 수지 막이 노광 및 현상에 의해 패터닝될 수 있는 감광성 수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속 배선의 제조방법.
제1항에 있어서, 저 저항 금속 막이 Cu, Ni 및 Au중의 어느 하나를 함유하는 단층 막이거나 또는 이들 단층 막을 한 개 이상 함유하는 다층 막인 것을 특징으로 하는 금속 배선의 제조방법.
제1항에 있어서, 상기 그라운드 수지 막이 폴리이미드로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속배선의 제조방법.
제1항에 있어서, 도금이 습식 막 형성 수법으로 이용되고 또 그라운드 수지가 도금 촉매를 함유하는 것을 특징으로 하는 금속배선의 제조방법.
제1항에 있어서, 저 저항 금속 막을 형성하는 공정 전에 그라운드 수지 막의 표면을 개질하는 공정을 더 포함하는 금속 배선의 제조방법.
제6항에 있어서, 패터닝된 그라운드 수지 막의 표면을 개질하는 공정 이후에 표면 개질된 그라운드 수지 막 상에 습식 막 형성 수법에 의해 저 저항 금속 막을 형성하는 공정에서 촉매로 작용하는 금속 층을 형성하는 공정을 더 포함하는 금속배선의 제조방법.
제7항에 있어서, 습식 막 형성 수법에 의해 저 저항 금속 막을 형성하는 공정에서 촉매로 작용하는 금속 층을 형성하는 공정은 금속 이온을 표면 개질된 그라운드 수지 막에 흡착시키는 공정과 상기 금속 이온을 환원시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속배선의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 그라운드 수지 막은 노광 및 현상에 의해 패터닝될 수 있는 감광성 수지로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속배선의 제조방법.
제6항에 있어서, 저 저항 금속 막이 Cu, Ni 및 Au중의 어느 하나를 함유하는 단층 막이거나 또는 이들 단층막을 한 개 이상 함유하는 다층 막인 것을 특징으로하는 금속배선의 제조방법.
제6항에 있어서, 그라운드 수지 막이 폴리이미드로 제조되는 것을 특징으로 하는 금속배선의 제조방법.
제11항에 있어서, 패터닝된 그라운드 수지 막의 표면을 개질시키는 공정이 KOH를 사용하는 공정인 것을 특징으로 하는 금속배선의 제조방법.
제8항에 있어서, 표면 개질된 그라운드 수지 막에 흡착될 금속 이온이 Cu, Ag 및 Pd 이온중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 금속배선의 제조방법.
제8항에 있어서, 금속 이온을 환원시키는 공정은 저 저항 금속 막이 형성되어야하는 위치에 자외선을 조사시켜 금속 이온을 선택적으로 환원시키는 공정인 것을 특징으로 하는 금속배선의 제조방법.