KR100815376B1 - 신규한 금속패턴 제조방법 및 이를 이용한 평판표시소자 - Google Patents

신규한 금속패턴 제조방법 및 이를 이용한 평판표시소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 신규한 금속패턴 제조방법 및 이를 이용한 평판표시소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광촉매 화합물, 금속촉매 화합물 및 광증감제를 포함하는 용액을 기판에 코팅하여 광금속 촉매층을 형성한 후 이를 선택적으로 노광하여 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 수득하고, 상기 잠재적 패턴을 1종 이상의 금속으로 도금 처리하여 금속 결정을 성장시켜 1층 이상의 금속패턴을 수득하는 단계를 포함하는 금속패턴 제조방법 및 이를 이용한 평판표시소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법에 의할 경우, 바텀 컨택(Bottom contact) 뿐만 아니라 탑 컨택(Top contact) 방식의 TFT(Thin Film Transistor) 전극구조에 있어서도 저접촉저항 및 고해상도의 금속 배선 패턴을 간단한 공정을 통해 효율적으로 제조할 수 있으며, 제조 단가도 저렴하여 LCD 및 PDP, ELD, VFD와 같은 평판표시소자에 쉽게 적용할 수 있다.
평판 표시 소자, 광금속 촉매층, 금속 패턴, 탑 컨택(Top contact), 접촉 저항

Description

신규한 금속패턴 제조방법 및 이를 이용한 평판표시소자{Novel Method for forming Metal Pattern and Flat Panel Display using the Metal Pattern}
도 1은 바텀 컨택(Bottom Contact) 방식의 LCD 구동 TFT의 전극 구조를 나타낸 단면개략도이고,
도 2는 탑 컨택(Top Contact) 방식의 LCD 구동 TFT의 전극 구조를 나타낸 단면개략도이고,
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 금속패턴 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이며,
도 4는 본 발명의 다른 구현예에 따른 금속패턴 제조방법을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 1': 기판 2, 2': 게이트 전극
3, 3': 게이트 절연층 4, 4': 반도체층
5, 5': 소스 전극 6, 6': 드레인 전극
본 발명은 신규한 금속패턴 제조방법 및 이를 이용한 평판표시소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는 광촉매 화합물, 금속촉매 화합물 및 광증감제를 포함하는 용액을 기판에 코팅하여 광금속 촉매층을 형성한 후 이를 선택적으로 노광하여 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 수득하고, 상기 잠재적 패턴을 1종 이상의 금속으로 도금 처리하여 금속 결정을 성장시켜 1층 이상의 금속패턴을 수득하는 단계를 포함하는 금속패턴 제조방법 및 이를 이용한 평판표시소자에 관한 것이다. 본 발명에 따른 방법에 의할 경우, 바텀 컨택(Bottom contact) 뿐만 아니라 탑 컨택(Top contact) 방식의 TFT(Thin Film Transistor) 전극 구조에 있어서도 저접촉저항 및 고해상도의 금속 배선 패턴을 간단한 공정을 통해 효율적으로 제조할 수 있으며, 제조 단가도 저렴하여 LCD 및 PDP, ELD, VFD와 같은 평판표시소자에 쉽게 적용할 수 있다.
정보화 사회가 발전함에 따라 표시소자에 대한 요구도 다양한 형태로 증가하고 있으며, 이에 부응하여 근래에는 LCD(Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 등 여러 가지 평판표시소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히 이러한 평판표시소자에 있어, 표시면적의 대화면화와 고화질화가 요구되면서, 금속 배선길이가 현저히 증가하고 개구율 증가를 위한 디자인 룰(design rule)이 감소하고 있으며, 이에 따라 배선 저항과 커패시턴스(capacitance) 값이 급격히 상승하고 신호 지연과 찌그러짐이 나타나는 문제가 발생하고 있다. 이러 한 상황에서 낮은 비저항 및 접촉저항의 금속배선에 대한 공정개발이 고화질, 대면적 평판표시소자 개발에 절대적으로 필요한 요소기술로 인식되고 있다.
이와 관련하여 한국공개특허 제2004-103521호는 반도체층과 오믹 콘택층간의 접촉 저항을 줄이기 위하여 시드(seed)로 작용할 수 있는 촉매금속을 이용하는 박막트랜지스터의 형성방법에 관해 개시하고 있으며, 일본공개특허 평08-083796호는 Ti로 이루어진 저항저감층과 은도금을 위한 Pd 촉매층을 이용하는 반도체 장치의 배선형성방법에 대해 개시하고 있다. 그러나, 상기 기술들은 패턴 형성을 위해 고진공·고온 등을 요하는 금속 박막 공정 및 노광, 에칭 등의 포토레지스트를 이용한 포토리소그래피 공정 등의 복잡하고 값비싼 공정을 수반함으로써 제조공정 및 제조비용 면에서 경제적이지 못한 문제점이 있다.
또한, 일본공개특허 평07-188936호는 글래스 기판상에 시레인층과 수성 Pd 콜로이드 용액을 제공하여 결정성장용 핵을 형성하고, 상기 기판을 레이저빔으로 노광한 후 무전해 도금 처리를 이용하여 상기 기판의 미노광 영역에 금속 패턴을 형성하는 금속패턴의 제조방법에 대해 개시하고 있으나, 상기 기술 또한 부가적인 표면 처리를 필요로 하고 노광원으로 고출력이 요구되는 레이저 광원을 사용한다는 점에서 바람직하지 못한 문제점이 있다.
한편, 본 발명자들은 종래 이를 위하여, 금속박막 공정 또는 미세 형상 노광공정이나 후속하는 에칭공정 등에 의하지 않고, 광촉매 화합물 및 필요에 따라 수용성 고분자를 이용하는 간단하고 저렴한 공정을 통해 고전도의 금속패턴을 제조할 수 있는 방법에 대해 한국공개특허 제2005-61285호, 제2005-28646호 및 제2006- 46935호로 개시한 바 있다.
그러나, 상기 광촉매에 의한 배선 공정들은, 전극의 금속 패턴을 형성하기 위한 촉매층으로 게이트 절연층에 사용되는 것과 같은 절연체 물질인 TiO2 등의 광촉매 화합물만을 사용함으로써, 도 1과 같이 게이트 절연층(3) 위에 소스/드레인 전극(5, 6)이 형성되고 상기 절연층 및 전극 위에 반도체층(4)이 형성되는 바텀 컨택(Bottom contact) 방식의 전극 구조에는 유리하게 적용할 수 있는 반면, 도 2와 같이 게이트 절연층(3') 위에 반도체층(4')이 먼저 형성되고 상기 반도체층 위에 소스/드레인 전극(5', 6')이 형성되는 LCD 구동 TFT의 일반적 유형인 탑 컨택(Top contact) 방식의 전극 구조에 있어서는, 반도체층과 소스/드레인 전극 간의 높은 접촉저항(Contact Resistance)으로 인하여 다소 적용하기 곤란한 측면이 있었다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 바텀 컨택 뿐만 아니라 탑 컨택 방식의 전극 구조에도 쉽게 적용할 수 있는 저접촉저항의 효율적인 금속패턴 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기한 방법에 의해 제조된 금속패턴을 포함함으로써 고해상도의 우수한 성능을 나타내는 평판표시소자를 제공하는데 있다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 구현예는 (a) 광촉매 화합물, 금속촉매 화합물 및 광증감제를 포함하는 용액을 기판에 코팅하여 광금속 촉매층을 형성하는 단계; (b) 상기 광금속 촉매층을 선택적으로 노광하거나, 필요에 따라 상 기 노광 후 용액 처리에 의해 비노광 부분의 금속 이온을 제거하여 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 1종 이상의 금속으로 도금 처리하여 금속 결정을 성장시켜 1층 이상의 금속 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 금속패턴 제조방법에 관한 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 구현예는 상기 금속패턴 제조방법에 의해 제조된 금속패턴을 포함하는 평판표시소자에 관한 것이다.
이하, 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명의 한 측면은 (a) 광촉매 화합물, 금속촉매 화합물 및 광증감제를 포함하는 용액을 기판에 코팅하여 광금속 촉매층을 형성하는 단계; (b) 상기 광금속 촉매층을 선택적으로 노광하거나, 필요에 따라 상기 노광 후 용액 처리에 의해 비노광 부분의 금속 이온을 제거하여 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 수득하는 단계; 및 (c) 상기 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 1종 이상의 금속으로 도금 처리하여 금속 결정을 성장시켜 1층 이상의 금속 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 금속패턴 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 금속패턴 제조방법은, 촉매층의 물질로 전도성이 높은 금속촉매 화합물을 광촉매 화합물과 함께 사용함으로써, 반도체층 및 소스/드레인 전극 간의 접착 특성 및 전기적 접촉 특성 등을 향상시키며, 그 결과 탑 컨택 방식의 전극 구조에 있어서도 저접촉 저항 및 고전도도의 우수한 금속패턴을 용이하게 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 금속패턴 제조방법에 따르면, 종래의 금속배선 공정들과 달리, 기판 상에 촉매층을 형성하는 과정에서 광촉매 화합물의 소성 과정이나 수용성 고분자층의 형성 등을 통한 별도의 촉매 활성화 단계를 필요로 하지 않는 바, 소위 'one-step 공정'에 의하여 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 수득할 수 있으므로 보다 간단하고 저렴하게 고해상도의 안정한 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 금속패턴 제조방법은 LCD 및 PDP, ELD, VFD와 같은 평판표시소자에 쉽게 적용할 수 있다.
이하, 본 발명을 단계별로 나누어 보다 상세히 설명한다.
제 (ⅰ) 단계:
먼저, 광촉매 화합물, 금속촉매 화합물 및 광증감제를 포함하는 용액을 기판에 코팅하여 광금속촉매층을 형성한다.
본 발명에서 사용되는 "광촉매 화합물"이란 광에 의해 그 특성이 현저히 변화하는 화합물로서, 노광 전에는 비활성이나 자외선 등의 광을 받은 경우 활성화되어 반응성이 강해지는 화합물을 지칭한다.
상기 광촉매 화합물은 노광시 노광 부위에 전자여기가 일어나 환원성 등의 활성을 띄게 되어 노광 부분에서 금속이온의 환원이 일어나므로 네거티브 패턴을 제공할 수 있으며, 그 바람직한 예는 노광시 투명한 무정형의 TiOx(이 때, x는 2 이 하의 실수이다)를 형성할 수 있는 Ti를 포함한 유기금속화합물이다. 상기 Ti를 포함한 유기금속화합물의 바람직한 예로는 테트라이소프로필티타네이트(tetraisopropyltitanate), 테트라-n-부틸티타네이트(tetra-n-butyl titanate), 테트라키스(2-에틸-헥실)티타네이트[tetrakis(2-ethyl-hexyl)titanate], 폴리부틸티타네이트(polybutyltitanate) 등이 포함되나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 "금속촉매 화합물"이란 화합물 내의 금속이온이 노광시 노광 부분에서 광촉매 화합물로 인해 환원되어 침적됨으로써, 후속하는 도금 단계시 금속결정성장의 촉매 역할을 하는 금속이온 함유 화합물을 지칭한다.
상기 금속촉매 화합물은 광촉매 화합물과 상호작용하여 보다 치밀한 조직의 금속패턴 형성을 가능하게 하고, 하부의 반도체층과 소스/드레인 전극 간의 쇼트키 배리어 및 접촉 저항 등을 낮춰 보다 효과적으로 우수한 성능의 금속패턴을 형성할 수 있게 한다.
이러한 금속촉매 화합물로는 특별히 제한되는 것은 아니나, 사용되는 기판과의 접착 특성이나 기판, 절연막 또는 반도체층과의 접촉 특성, 또는 도금공정에서 사용되는 금속의 종류 등을 고려하여 적절히 선택하는 것이 바람직하며, 그 구체적인 예로는 Ag염 화합물, Pd염 화합물 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.
상기 광증감제는 노광시 광감도를 보다 증가시켜 광촉매 및 금속촉매 활성을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 광증감제로는 색소, 유기산, 유기산 염, 유기 아민 중 수용성인 화합물이 1종 이상 사용될 수 있으며, 구체적으로는 타르(tar) 색소, 클로로필린(chlorophylline)의 칼륨 또는 나트륨 염, 리보플라빈 또는 그의 유도체, 수용성 아나토(annatto), CuSO4, 카라멜(caramel), 컬큐민(curcumine), 코치날(cochineal), 구연산(citric acid), 구연산 암모늄(ammonium citrate), 구연산 나트륨(sodium citrate), 글리콜릭산(glycolic acid), 옥살산(oxalic acid), 타르타르산 칼륨(K-tartrate), 타르타르산 나트륨(Na-tartrate), 아스코르브산(ascorbic acid), 포름산(formic acid), 트리에탄올아민(triethanolamine), 모노에탄올아민(monoethanolamine), 말레산(malic acid) 등이 사용될 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광촉매 화합물, 금속촉매 화합물 및 광증감제는 알코올계 용매 등 적절한 용매에 녹여 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 스크린 프린팅 등의 통상의 코팅 방법에 의해 기판에 코팅할 수 있는데, 상기 알코올계 용매의 비제한적인 예로는 이소-프로판올, 1-부탄올, 에탄올, 프로판올, 펜탄올 등을 들 수 있다.
이 때, 상기 광촉매 화합물, 금속촉매 화합물 및 광증감제의 전체 용액 중 포함량은 경우 및 용도에 따라 당업자가 적절히 선택하여 결정할 수 있으며, 바람직하게는 광촉매 화합물 0.01 내지 50 중량%, 금속촉매 화합물 0.01 내지 30 중량%, 광증감제 0.01 내지 10 중량%일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용 가능한 기판에는 특별한 제한은 없으나, 바람직하게는 반도체 물질 또는 투명한 도전막 기판이 사용된다. 상기 반도체 물질로는 종래 기술분야에서 통상적으로 사용되는 반도체성 물질이면 어느 것이든 제한 없이 사용할 수 있으며, 그 구체적인 예로는 실리콘 웨이퍼, 비결정질 실리콘, 폴리 실리콘, 결정질 실리콘 등을 들 수 있다. 상기 투명한 도전막 기판으로는 역시 종래 기술분야에서 통상적으로 사용되는 것을 제한없이 사용할 수 있는데, 바람직하게는 상부에 인듐틴 옥사이드(ITO), 인듐 징크 옥사이드(IZO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO) 등의 투명한 전도성 물질이 코팅되어 있는 유리 또는 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기판의 비제한적인 예로는, 아크릴 수지, 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리에테르설폰, 올레핀 말레이미드 공중합체, 노보넨계 수지 등을 들 수 있다.
한편, 본 발명에서는 광금속촉매층을 형성하기 위해, 상기 코팅 후 고온에서의 소성 과정을 필요로 하지 않으며, 코팅 후 스핀 드라이(spin dry) 되어 있는 상태에서 곧바로 다음 단계인 노광처리를 수행하여 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 수득할 수 있다. 이와 같이 수득된 본 발명의 결정성장용 핵의 잠재적 패턴은 노광 후 적어도 한 시간 이상 촉매 활성도가 유지되어, 결과적으로 높은 해상도 및 입체적으로 안정한 특성의 우수한 금속패턴을 형성하게 된다.
제 (ⅱ) 단계:
상기 (ⅰ) 단계에서 수득한 상기 광금속촉매층을 포토 마스크 등을 사용하여 UV 등에 선택적으로 노광하여, 활성화된 부분과 비활성화된 부분으로 이루어진 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 수득한다.
이 때, 노광 분위기 또는 노광량 등의 노광 조건에는 특별히 제한이 없는 바, 사용하는 광촉매 화합물 및 금속촉매 화합물의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다. 충분한 촉매 활성도를 수득하기 위해서는 200 내지 1500 W의 자외선 노광기로 1초 내지 3분 이내 조사하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 광금속촉매층을 노광하면, 전술한 바와 같이, 노광부분에 전자여기가 일어나 광촉매 화합물이 환원특성 등의 활성을 띄게 되고, 그로 인해 금속촉매 화합물 내의 금속 이온이 환원 및 침적되게 되어, 후속하는 도금 단계시 금속결정의 성장을 촉진하게 된다.
필요에 따라서는, 상기 노광 후 용액 처리에 의해 비노광 부분에 남아있는 금속 이온을 제거하는 단계를 추가로 수행할 수도 있다. 비노광 부분에 금속 이온이 다량 잔존하는 경우에는 후속하는 도금 단계시 금속 이온의 환원과정에 방해요소가 될 수 있으므로, 용액 처리에 의해 상기 금속 이온을 제거함으로써 그러한 문제점을 해소할 수 있다. 이 때, 상기 용액 처리에 의하여 잔존하던 수용성의 광촉매 화합물 및 광증감제 또한 비노광 부분으로부터 제거된다.
상기 용액 처리에 사용되는 용액으로는 특별히 제한되는 것은 아니나, 이소-프로판올, 1-부탄올 등의 알코올계 용매, 물, 또는 상기 알코올계 용매를 포함하는 수용액 중 하나 이상을 사용할 수 있으며, 그 처리시간은 각각 10초 내지 5분 정도가 바람직하다. 한편 상기 수용액 중의 알코올계 용매의 함량은 5 내지 100 부피%가 바람직하다.
제 (ⅲ) 단계:
이어서, 상기 (ⅱ) 단계에서 수득한 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 1종 이상의 금속으로 도금 처리하여 1층 이상의 금속 패턴을 수득한다. 보다 상세하게는 상기 패턴을 소망하는 금속으로 도금 처리하여 1층의 금속층을 형성하거나, 또는 상기 패턴을 소망하는 금속으로 도금 처리하여 제 1 금속층을 형성하고, 이를 다시 소망하는 다른 금속으로 도금 처리하여 상기 제 1 금속층이 형성된 부분에 제 2 금속층을 형성함으로써 다층의 금속패턴을 수득한다. 이 때, 상기 도금 처리는 무전해 도금방식 또는 전해 도금방식에 의한다.
상기 금속의 종류 및 도금 순서는 필요 및 경우에 따라 당업자가 적절히 선택할 수 있으며, 2층 이상의 금속패턴을 형성하는 경우, 각각의 금속층은 동일하거나 상이한 금속으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 본 발명에서 사용가능한 금속으로는 Ni, Pd, Cu, Ag, Mo, Cr, Au, Co, Al, Sn, Zn 또는 이들의 합금 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 금속층의 두께는 각각 필요에 따라 적절히 조절할 수 있는데, 바람직하게는 0.01 내지 10 ㎛, 보다 바람직하게는 0.1 내지 2 ㎛의 범위일 수 있다.
Cu, Ni, Ag 등 고전도성 금속을 포함한 다층의 금속패턴의 경우에는, 기판과의 접착 특성 및 기판, 절연막 또는 반도체층과의 접촉 특성을 고려하여 제 1 금속층으로써 Ni, Pd, Sn, Zn 또는 이들의 합금을 도금처리하고, 제 2 금속층으로써 높은 전기 전도도를 가지는 Cu, Ag, Au 또는 이들의 합금으로 도금처리한다. 제 1 금속층으로는 가격 및 용이성 측면에서 Ni을 사용하는 것이 바람직하며, 제 2 금속 층으로써는 Cu 또는 Ag를 사용하는 것이 바람직하다.
나아가 제 3 금속층을 형성하는 경우, 제 2 금속층이 ITO 등의 투명 전도성 물질이나 반도체 물질과 접촉해야 할 경우에는 이들의 접촉 저항을 개선하기 위해 Ni, Pd, Sn, Zn 또는 이들의 합금으로 도금처리하는 것이 바람직하며, 제 2 금속층이 Cu인 경우에는 표면 산화막 형성에 의한 물성 저하를 방지하기 위해 제 3 금속층으로써 Ag, Au 등의 귀금속층을 형성할 수 있다. 바람직하게는 접촉 저항의 개선을 위해서 제 1 금속층과 동일한 금속을 도금처리하여 제 3 금속층을 형성한다.
상기와 같은 다층의 금속패턴을 형성하는 도금방법은 특별히 제한되지 않으며, 필요에 따라 당업자가 적절히 조합하여 사용할 수 있다. 바람직하게는 제 1 금속층을 무전해 도금 방식으로 형성하고, Cu 또는 Ag 등을 사용하는 제 2 금속층의 경우 무전해 또는 전해 도금방식으로 형성할 수 있다.
상기 무전해 도금 또는 전해 도금은 종래의 공지된 방법에 따르며 상용되는 도금용 조성물을 사용할 수도 있다. 예를 들어, 무전해 도금의 경우, 1) Ni, Cu, Ag 등의 특정금속염, 2) 환원제, 3) 착화제, 4) pH 조절제, 5) pH 완충제 및 6) 개량제를 포함한 도금용액에 상기 결정성장핵 패턴을 가진 기판을 침지(dipping)하여 형성한다.
상기 1) 금속염은 기판에 금속 이온을 공급해주는 역할을 하며, 바람직하게는 특정금속의 염화물, 질산염, 황산염, 초산염 화합물 등을 사용한다.
상기 2) 환원제는 기판상의 금속 이온을 환원해주는 역할을 하며, 상기 환원 제의 구체적인 예는 NaBH4, KBH4, NaH2PO2, 히드라진, 포르말린 또는 포도당과 같은 다당류 화합물을 포함한다. 니켈 도금액인 경우, 바람직하게는 NaH2PO2를 사용하고, Cu 또는 Ag 도금액인 경우, 포르말린 또는 다당류 화합물을 사용한다.
상기 3) 착화제는 알칼리성 용액에 있어서의 수산화물 침전을 방지하고 유리된 금속 이온 농도를 조절해, 금속염의 분해방지 및 도금 속도를 조절하는 역할을 하며, 상기 착화제의 구체적인 예는 암모니아 용액, 초산, 구아니산, 주석산염, EDTA 등의 킬레이트제 또는 유기 아민 화합물을 포함한다. 바람직하게는 EDTA 등의 킬레이트제이다.
상기 4) pH 조절제는 도금액의 pH를 조절해주는 역할을 하며, 산 또는 염기 화합물이다. 5) pH 완충제는 도금액의 pH 변동을 억제해주며 각종 유기산, 약산성의 무기화합물을 말한다. 6) 개량제 화합물은 코팅 특성 및 평탄화 특성을 개선시킬 수 있는 화합물을 말하며, 그 구체적인 예는 일반적인 계면활성제, 결정성장에 방해되는 성분을 흡착할 수 있는 흡착성 물질을 포함한다.
전해도금법에 의할 경우, 1) 금속염, 2) 착화제, 3) pH 조절제, 4) pH 완충제 및 5) 개량제를 포함한 도금용 조성물을 사용한다. 도금 용액 조성물에 함유된 상기 성분들의 역할 및 구체적인 예는 상술한 바와 같다.
한편, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 방법을 사용한 바람직한 구현예로서, 각각 Ni을 포함한 1층의 금속패턴 제조공정 및 Ni, Cu를 포함한 다층의 금속패턴 제조공정을 모식적으로 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구성 및 효과를 구체적인 실시예를 들어 보다 상세히 설명하나, 이들 실시예는 단지 본 발명을 보다 명확하게 이해시키기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위를 제한하는 것으로 해석되어서는 안 된다.
실시예 1
폴리부틸티타네이트의 이소-프로판올 용액 (2.5 중량%) 6 mL; 옥살산의 이소-프로판올 용액 (5 중량%) 3 mL; PdCl2 0.7g 및 HCl 0.5 mL를 이소-프로판올 5mL에 녹여 제조한 용액 5 mL; 및 1-부탄올 10 mL를 혼합하여 얻은 용액(24 mL)을 스핀 코팅(500 내지 2000 rpm)에 의해 ITO-glass 기판에 도포하고, 미세 패턴이 형성되어 있는 포토 마스크를 통해 넓은 파장 범위(broad range)의 500 W 자외선을 상기 기판상에 1분간 조사하여 노광한 다음(미국 오리엘사의 UV 노광장비를 사용), 상기 노광된 기판을 10 부피%의 이소-프로판올을 함유하는 수용액으로 적어도 1분간 깨끗이 세척하여 비노광 부분에 남아있는 Pd2 + 이온을 제거하였다. 이어서, 상기 세척된 기판을 천천히 흔들면서 물로 다시 세척한 다음, 하기 표 1의 (가)에 나타난 조성을 가진 무전해 니켈 도금액에 담가 패턴화된 금속 배선의 결정을 성장시켜 네거티브 방식의 니켈 배선 패턴을 수득하였다. 수득된 패턴의 기본 물성을 하기 표 2에 나타내었다. 상기 표 2에서, 두께 측정은 Dektak사의 알파스텝으로, 접촉 저항은 프로브 스테이션(probe station) 및 파라미터 분석기(parameter analyzer(HP 4145))로, 해상도는 광학 현미경으로 각각 측정하여 평가하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서, 니켈 배선 패턴을 수득한 후, 하기 표 1의 (나)에 나타난 조성을 가진 무전해 구리 도금액에 침지하여 네거티브 방식의 니켈-구리 배선 패턴을 수득하였다. 수득된 패턴의 기본 물성은 표 2에 나타내었다.
실시예 3
상기 실시예 1에서, ITO-glass 기판 대신 실리콘 웨이퍼를 사용한 것을 제외하고는 동일한 과정으로 실시하여 네거티브 방식의 니켈 배선 패턴을 수득하였다. 수득된 패턴의 기본 물성은 표 2에 나타내었다.
실시예 4
상기 실시예 2에서, ITO-glass 기판 대신 실리콘 웨이퍼를 사용한 것을 제외하고는 동일한 과정으로 실시하여 네거티브 방식의 니켈-구리 배선 패턴을 수득하였다. 수득된 패턴의 기본 물성은 표 2에 나타내었다.
(가) 무전해 니켈도금 용액 (나) 무전해 구리도금 용액
NiCl2·6H2O 10g NaH2PO2·2H2O 30g NaCH3COO 10g NH4Cl 40g 물 11 pH 7 5~10 min, 50℃ Ni 두께 > 0.01㎛ CuSO4·5H2O 12g KNaC4H4O6·6H2O 55g NaOH 18g Na2CO3 10g Na2S2O3·5H2O 0.0002g CH2O(40%) 20㎖/L 5~10 min, 50℃ Cu 두께 > 0.01㎛
금속두께(㎛) 접촉저항(mohm cm2) 해상도(㎛)
실시예1 0.3(Ni) 1.6 3-5
실시예2 0.3(Ni)+0.15(Cu) 0.9 5
실시예3 0.2-0.3(Ni) 180 3-5
실시예4 0.2(Ni)+0.3(Cu) 100 5
이상 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 방법에 의할 경우, 간단한 코팅 및 노광, 그리고 도금처리에 의해 탑 컨택 방식의 전극 구조에도 쉽게 적용할 수 있는 저접촉저항의 금속패턴을 용이하게 형성할 수 있는 바, 기존의 고진공 조건이 요구되는 스퍼터링이나 포토 패터닝, 현상, 에칭 등의 공정을 거치지 않고도 빠른 시간 내에 효율적으로 고해상도 및 고전도도의 안정한 금속 배선 패턴을 얻을 수 있어, LCD 및 PDP, ELD, VFD와 같은 평판표시소자에 유리하게 적용할 수 있다.

Claims (16)

  1. (a) 광촉매 화합물, 금속촉매 화합물 및 광증감제를 포함하는 용액을 기판에 코팅하여 광금속촉매층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 광금속촉매층을 선택적으로 노광하여 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 수득하는 단계; 및
    (c) 상기 결정성장용 핵의 잠재적 패턴을 1종 이상의 금속으로 도금 처리하여 금속 결정을 성장시켜 1층 이상의 금속 패턴을 수득하는 단계를 포함하는 금속패턴 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광촉매 화합물은 노광 시 광에 의해 TiOx (이 때, x는 2 이하의 실수이다)를 형성하는 Ti-함유 유기금속화합물인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 광촉매 화합물은 테트라이소프로필티타네이트(tetraisopropyltitanate), 테트라-n-부틸티타네이트(tetra-n-butyl titanate), 테트라키스(2-에틸-헥실)티타네이트[tetrakis(2-ethyl-hexyl)titanate] 또는 폴리부틸티타네이트(polybutyltitanate)인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 금속촉매 화합물은 Ag염 화합물, Pd염 화합물 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 광증감제는 색소, 유기산, 유기산 염 및 유기 아민으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 수용성 화합물인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 광증감제는 타르(tar) 색소, 클로로필린(chlorophylline)의 칼륨 또는 나트륨 염, 리보플라빈 또는 그의 유도체, 수용성 아나토(annatto), CuSO4, 카라멜(caramel), 컬큐민(curcumine), 코치날(cochineal), 구연산(citric acid), 구연산 암모늄(ammonium citrate), 구연산 나트륨(sodium citrate), 글리콜릭산(glycolic acid), 옥살산(oxalic acid), 타르타르산 칼륨(K-tartrate), 타르타르산 나트륨(Na-tartrate), 아스코르브산(ascorbic acid), 포름산(formic acid), 트리에탄올아민(triethanolamine), 모노에탄올아민(monoethanolamine) 및 말레산(malic acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계의 용액은 광촉매 화합물 0.01 내지 50 중량%, 금속촉매 화합물 0.01 내지 30 중량%, 광증감제 0.01 내지 10 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 기판은 반도체 물질 또는 투명한 도전막 기판인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 기판은 실리콘 웨이퍼, 비결정질 실리콘, 폴리 실리콘, 결정질 실리콘을 포함하는 반도체 물질이거나, 또는 상부에 인듐틴 옥사이드(ITO), 인듐 징크 옥사이드(IZO), 플로린 도핑된 틴 옥사이드(FTO)를 포함하는 투명한 전도성 물질이 코팅되어 있는 유리 또는 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 노광처리는 200 내지 1500 W의 자외선을 조사하는 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 금속은 Ni, Pd, Cu, Ag, Mo, Cr, Au, Co, Al, Sn, Zn 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 (c) 단계의 도금 처리는 무전해 도금방식 또는 전해 도금방식에 의하는 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계에서 노광 후 용액 처리에 의해 비노광 부분의 금속 이온을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 용액 처리는 알코올계 용매, 물, 또는 알코올계 용매를 포함하는 수용액 중 하나 이상을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  15. 제 1항에 있어서, 수득된 금속패턴의 두께는 0.01 내지 10 ㎛인 것을 특징으로 하는 금속패턴 제조방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 금속패턴을 포함하는 평판 표시 소자.
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