KR20030072977A - 인듐-틴-옥사이드 전극 위에 은을 무전해 도금하는 방법 - Google Patents

인듐-틴-옥사이드 전극 위에 은을 무전해 도금하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명전극인 ITO전극 위에 은(Ag)을 도금하는 방법에 관한 것으로, 특히 은 도금시 은의 뭉침을 방지하기 위한 방법에 관한 것이다.
본 발명은 상기 투명 전극에 도금되는 Ag의 뭉침을 방지하기 위해 Ag 무전해 도금 용액에 미량의 마그네슘(Mg)을 첨가한다.
이와 같이 하면, 상기 투명전극 상부에 증착된 Ag는 뭉침이 발생하지 않아 낮은 비정항 값을 가지며, 열처리 과정을 거치면 더 낮은 비정항 값을 얻을 수 있다.

Description

인듐-틴-옥사이드 전극 위에 은을 무전해 도금하는 방법{Method of Ag electroless plating on ITO electrode}
본 발명은 화상표시 장치에 구성되는 전극인 ITO 전극의 저항을 낮추기 위한 방법으로 특히, ITO전극의 저항을 낮추기 위해 도금되는 Ag의 뭉침을 방지하기 위한 방법이다.
투명전극인 ITO 전극은 액정표시장치(LCD)또는 플라즈마 평판표시장치(PDP)의 전극으로 응용되고 있다.
그러나, 상기 표시장치의 대면적화가 이루어지면서, ITO 전극을 대면적 표시장치에 응용하기엔 비저항이 큰 단점이 있다.
이를 해결하기 위해 종래에는 ITO전극의 상부에 저항이 낮은 금속을 도금하는 방법을 사용하였다.
대표적인 저저항 금속은 Ag이며, 상기 Ag은 다양한 방식으로 투명전극에 형성될 수 있다.
예를 들면, 스퍼터링 방법과 열증착 방법과 화학 기상 증착 방법 등이 있는데 이러한 방법들은 상기 ITO 전극에만 선택적으로 행하여지는 것이 아니고, 기판의 전 면적에 대해 진행되기 때문에 별도의 식각공정을 필요로 하여 공정이 복잡해 지는 문제가 있다.
이를 해결하기 위해 제안 된 방법이 도금 방법이다.
도금방법은 다른 공정에 비해 공정 비용이 저렴하고 순도가 높은 금속을 얻을 수 있으며, 저온 공정에서 진행되기 때문에 기판에 대한 손상이 적은 장점이 있다.
일반적으로, 상기 도금 방법 중 화학적 공정에서 행해지는 무전해 도금 방법을 많이 사용하며, 무전해 도금방법은 외부에서 전류를 흐르게 하지 않고 용액중의 금속 이온을 환원 석출 시켜 금속막의 표면에 도금막을 형성하도록 하는 것으로 화학적 환원제를 사용한다.
종래에는 상기 무전해 도금방법을 이용하여 ITO 전극 상부에 Ag를 형성하는 방법이 제안되었다.
이하, 무전해 도금 방법을 이용하여 ITO 전극 상부에 Ag을 도금하는 방법을 설명한다.
상기 ITO 전극 상부에 무전해 도금 방식으로 은을 증착하기 위해서는, 먼저 ITO 전극 상부에 존재하는 유기물을 제거하는 공정이 선행된다.
다음으로, 무전해 도금 용액에 포함된 화원제의 산화를 위해 상기 ITO 전극 상부에 촉매금속을 먼저 증착 시킨다.
이때, 상기 ITO 전극은 쉽게 촉매의 증착이 일어나지 않기 때문에 주석(Sn)을 먼저 증착한 후 촉매금속를 증착시켜야 한다.
상기 촉매금속으로는 팔라듐, 은(Ag), 구리(Cu), 백금(Pt)등이 있는데, 은을 무전해 도금방법으로 증착시키기 위해서는 은을 촉매로 사용하는 것이 효과적이다.
다음으로, 상기 주석과 촉매금속이 형성된 ITO 전극에 은을 도금하게 되는데이때, 도금 용액으로 사용되는 무전해 도금 용액 내에는 질산은(AgNO3)과 황산코발트(CoSO4)와 암모니아(NH3) 등이 포함된다.
이하, 도 1은 환원제로 코발트 이온을 사용할 때 은의 무전해 도금되는 은 이온의 반응기구를 나타낸 도면이다.
도시한 바와 같이, 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 니켈(Ni)과 같은 물질로 이루어진 전극을 무전해 도금용액에 담그면, 상기 황산 코발트(CoSO4)는 용액내에서 환원제로 사용되어 은 이온(Ag2+)을 환원시키는 역할을 하고 상기 암모니아(NH3)는 은 이온(Ag2+)과 착화합물을 형성하여 은 이온(Ag2+)을 용액 내에서 안정하게 하는 역할을 한다.
전술한 반응 기구를 이용한 무전해 도금방법으로 ITO 전극에 은(Ag)을 증착할 수 있다.
그러나, 종래의 무전해 은(Ag)도금방식은 상기 은(Ag)이 도금되는 시간에 따라 서로 뭉치는 현상이 발생하였다.
이 경우에는 막을 형성하는 2차원적인 성장이 일어나는 것이 아니라 덩어리를 형성하는 3차원적인 형상으로 도금되기 때문에 이로 인한 저항이 높아지게 된다.
따라서, 전극재료로 사용하기에는 부적합한 특성을 보인다.
이하, 도 2a 내지 도 2e를 참조하여, 시간에 따른 은(Ag)의 증착상태를 알아본다.
도 2a 내지 도 2e는 증착시간(5초 10초 20초 30초,60)에 따른 은의 표면상태를 전자현미경(SEM)으로 관찰한 사진이다.
도시한 바와 같이, 시간이 지남에 따라 서로 뭉쳐진 덩어리(A)들이 표면으로부터 두드러지게 관찰됨을 알 수 있다.
이러한 상태로 성장한 은(Ag)의 저항값과 거칠기값을 측정하면 매우 높은 값이 나타남을 실험을 통해 알 수 있었다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 은의 뭉침 현상을 방지하기 위한 목적으로 제안된 것으로, 상기 무전해 도금용액에 마그네슘 화합물을 혼합하는 방법을 제안한다.
이와 같이 하면, 마그네슘 이온의 작용으로 은(Ag)의 뭉침 현상을 방지할 수 있기 때문에, 은의 비저항 값을 낮출 수 있다.
도 1은 은(Ag)을 무전해 도금시 은(Ag)의 반응기구를 도시한 도면이고,
도 2는 종래의 무전해 도금용액을 이용하여 도금된 은의 표면상태를 시간에 따라 관찰한 주사 전자 현미경(SEM)사진이고,
도 3a 내지 도 3c는 ITO 전극 표면에 무전해 도금방법을 이용한 본 발명에 따른 은(Ag)도금 과정을 도시한 단면도이고,
도 4는 발명에 따른 무전해 도금용액을 이용하여 도금된 은의 표면상태를 관찰한 주사 전자 현미경 사진이다.
<도면의 주요부분에 대한 간단한 설명>
100 : 기판 102 : ITO 전극
104 : 주석층 106 : 촉매 금속층
108 : 무전해 도금 용액
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 ITO전극에 은을 증착하는 방법은 ITO 전극이 형성된 기판을 준비하는 단계와; 상기 ITO 전극의 표면에 주석(Sn)을 증착하는 단계와; 상기 주석이 증착된 ITO전극의 표면을 활성화 용액에 담구어 활성화하는 단계와; 상기 은이 증착된 ITO 전극을 마그네슘 이온과 은이온이 혼합된 무전해 도금용액에 담가 ITO전극의 표면에 은을 증착하는 단계를 포함한다.
상기 무전해 도금용액은 황산코발트와 암모니아와 황산 암모니아를 더욱 포함한다. 상기 활성화 용액은 질산은을 포함한다.
상기 마그네슘 이온을 얻기 위해 수산화 마그네슘을 사용하고, 상기 은 이온을 얻기 위해 질산은을 사용하는 것을 특징으로 한다.
상기 ITO 전극 상부에 증착된 은의 두께는 2900Å~3200Å이고, 증착된 은의 비저항은 3.27μΩ·㎝이다.
상기 증착된 은을 열처리하는 단계를 더욱 포함하며, 열처리된 은의 비저항 2.39μΩ·㎝이다.
-- 실시예 --
본 발명의 특징은 마그네슘 화합물이 첨가된 무전해 도금용액을 사용하여 은을 무전해 도금하는 것을 특징으로 한다.
상세히 설명하면, 소정의 피착물에 은을 무전해 도금방식으로 도금할 때, 환원제가 첨가된 무전해 도금용액 내에 마그네슘 화합물을 첨가하면 마그네슘 이온의 작용으로 뭉침현상이 억제되어 은(Ag)이 3차원적으로 성장하는 것을 막고 2 차원적으로 성장하도록 한다.
이때, 상기 마그네슘 이온의 환원전위는 -2.356V vs.NHE로 은 이온의 환원전위인 0.7991Vvs.NHE 비해 매우 낮다.
따라서, 마그네슘(Mg)은 은(Ag)보다 쉽게 산화되기 때문에 도금되는 은(Ag)박막의 내부에 존재하면서 은이 뭉치는 것을 억제하는 역할을 한다.
이하, 도 3a 내지 도 3c를 참조하여, 상기 마그네슘이 포함된 무전해 도금용액을 사용하여, ITO 투명전극에 은을 무전해 도금하는 방법을 개략적으로 설명한다.
도 3a 내지 3c는 ITO전극에 은을 무전해 도금하는 과정을 순서대로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이, 투명한 절연 기판(100)의 상부에 인듐-틴-옥사이드를 증착하고 패턴하여, 소정 형상의 ITO 전극(102)을 형성한다.
다음으로, 도 3b에 도시한 바와 같이, ITO전극의 표면을 활성화시키기 위해 주석(Sn)용액에 5분 동안 담가 주석(104)을 먼저 상기 ITO전극의 표면에 증착시킨 후, 상기 주석이 증착된 ITO 전극을 활성화 용액에 담구어 표면에 촉매금속인 은(Ag)(106)을 증착하는 공정을 진행한다.
이때, 상기 ITO전극의 표면에 주석을 증착하기 위해 사용되는 주석용액은 염화주석 7g/100㎖와 염산 23㎖/100㎖가 혼합된 것이며, 상기 은을 증작하기 위한 활성화 용액에는 질산은 10g/100㎖이 혼합된 것이다.
도 3c는 상기 표면이 활성화된 ITO 전극(102)에 무전해 도금방법으로 은(Ag)을 증착하는 단계로, 상기 표면이 은으로 활성화된 ITO전극(102)을 마그네슘과 황산 코발트(CoSO4)가 혼합된 무전해 도금용액(108)에 10분 동안 담구어 ITO전극(102)의 표면에 은(Ag)을 증착 한다.
이때, 상기 무전해 도금용액에는 황산암모늄(NH3SO4)과 암모니아(NH3)와 수산화 마그네슘(Mg(OH)2)과 질산은(AgNo3)과 황산 코발트(CoSO4) 등이 포함된다.
전술한 바와 같은 단계를 통해 상기 ITO전극(102)상부에는 대략 3100Å의 두께로 은이 증착되며, 이때 은의 비저항은 3.27μΩ·㎝로 매우 낮은 값을 나타내었다.
이러한 은은 열처리 과정을 거치면 비저항이 더 감소한다.
예를 들어, 250℃에서 30분 동안 열처리한 결과 상기 증착된 은의 비저항은 2.39μΩ·㎝의 값으로 나타났다.
이때의 은의 표면 상태는 이하, 도 3을 통해 관찰한다.
도 4은 250℃에서 30분 동안 열처리한 은의 표면 상태를 나타낸 주산 전자 현미경 사진이다.
사진에서 관찰할 수 있듯이, 종래에 비해 은의 표면에는 은이 서로 뭉쳐진 것으로 보이는 형상이 관찰되지 않는다.
전술한 공정은 상기 ITO 전극 이외에도 금속 배선에 적용가능하며, 금속배선을 포함한 반도체 소자에 적용 가능하다.
따라서, 은을 도금하기 위한 무전해 도금용액에 마그네슘을 혼합하게 되면ITO전극의 표면에 증착되는 은(Ag)은 2차원 구조로 매끄럽게 형성될 수 있기 때문에, 상기 은이 도금된 소자의 동작특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

Claims (12)

  1. 상기 ITO 전극이 형성된 기판을 준비하는 단계와;
    상기 ITO 전극의 표면에 주석(Sn)을 증착하는 단계와;
    상기 주석이 증착된 ITO전극의 표면을 활성화 용액에 담구어 활성화하는 단계와;
    상기 은이 증착된 ITO 전극을 마그네슘 이온과 은 이온이 혼합된 무전해 도금용액에 담가 ITO전극의 표면에 은을 증착하는 단계를
    포함하는 ITO 전극에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무전해 도금용액은 황산코발트와 암모니아와 황산 암모니아를 더욱 포함하는 ITO 전극에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성화 용액은 질산은을 포함하는 ITO 전극에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마그네슘 이온을 얻기 위해 수산화 마그네슘을 사용하고, 상기 은 이온을 얻기 위해 질산은을 사용한 ITO 전극에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 ITO 전극 상부에 증착된 은의 두께는 2900Å~3200Å인 ITO 전극에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착된 은의 비저항은 3.27μΩ·㎝인 ITO 전극에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 증착된 은을 열처리하는 단계를 더욱 포함하는 ITO 전극에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 열처리된 은의 비저항 2.39μΩ·㎝인 ITO 전극에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  9. 상기 금속배선이 형성된 기판을 준비하는 단계와;
    상기 금속배선의 표면에 주석(Sn)을 증착하는 단계와;
    상기 주석이 증착된 금속배선의 표면을 활성화 용액에 담구어 활성화하는 단계와;
    상기 은이 증착된 금속배선을 마그네슘 이온과 은 이온이 혼합된 무전해 도금용액에 담가 금속배선의 표면에 은을 증착하는 단계를
    포함하는 금속배선에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 무전해 도금용액은 황산코발트와 암모니아와 황산 암모니아를 더욱 포함하는 금속배선에 은(Ag)을 증착하는 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 활성화 용액은 질산은을 포함하는 금속배선 은(Ag)을 증착하는 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 마그네슘 이온을 얻기 위해 수산화 마그네슘을 사용하고, 상기 은 이온을 얻기 위해 질산은을 사용한 금속배선에 은(Ag)을 증착하는 방법.
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