KR100807948B1

KR100807948B1 - 저저항 금속 배선 형성방법, 금속 배선 구조 및 이를이용하는 표시장치

Info

Publication number: KR100807948B1
Application number: KR20070020168A
Authority: KR
Inventors: 송기용; 조성헌; 박상은
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-02-28
Filing date: 2007-02-28
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2027-02-28
Also published as: TWI356457B; TW200836264A; US20080206530A1; US9136047B2; US20130299450A1

Abstract

본 발명은 균일하고 조밀한 금속핵을 제공할 수 있도록 활성화 처리하기에 앞서 구리 화합물에 의해 민감화처리를 행함으로써 안정되고 우수한 특성의 금속 배선막을 수득할 수 있는 저저항 금속 배선 형성방법, 금속 배선 구조 및 이를 이용하는 표시장치에 관한 것이다.

무전해, 도금, 금속 배선, 저저항, 활성화 처리, 민감화 처리

Description

저저항 금속 배선 형성방법, 금속 배선 구조 및 이를 이용하는 표시장치 {Method of Preparing Low Resistance Metal Pattern, Patterned Metal Wire Structure, and Display Devices using the Same}

도 1은 본 발명의 일구현예에 의한 저저항 금속 배선의 형성방법을 설명하는 공정흐름도이다.

도 2는 본 발명의 일구현예에 의한 저저항 금속 배선의 형성방법의 하부 도전 배선막 형성 공정의 세부 공정흐름도이다.

도 3은 본 발명의 일구현예에 의한 저저항 금속 배선 구조의 단면 개략도이다.

도 4는 본 발명의 일구현예에 의한 액정 표시 장치의 단면 개략도이다.

도 5a-5f는 실시예 1의 각 단계에서 수득된 금속 배선막의 평면 및 측면의 주사전자현미경 사진이다.

도 6은 실시예 1에서 수득된 금속 배선막의 측면 주사전자현미경 사진이다.

도 7a-도 7c는 비교예 1 내지 비교예 3에서 제조된 구리 배선의 접착력 측정 결과를 나타낸 도면이다.

도 8은 실시예 1에서 제조된 구리 배선의 접착력 측정 결과를 나타낸 도면이다.

도 9는 실시예 및 비교예에서 제조된 구리 배선의 반응시간에 따른 도금층 두께의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 10은 실시예 및 비교예에서 제조된 구리 배선의 도금층 두께에 따른 비저항 변화를 나타낸 그래프이다.

도 11은 실시예 및 비교예에서 제조된 구리 배선의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10: 기판 20: 금속 박막

30: 구리 시드층 40: 팔라듐 시드층 50: 도금층

본 발명은 저저항 금속 배선 형성방법, 금속 배선 구조 및 이를 이용하는 표시장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 균일하고 조밀한 금속핵을 제공할 수 있도록 활성화 처리에 앞서 구리 화합물에 의해 민감화 처리를 행함으로써 안정되고 우수한 특성의 금속 배선을 수득할 수 있는 저저항 금속 배선 형성방법, 금속 배선 구조 및 이를 이용하는 표시장치에 관한 것이다.

전자 장치가 점점 소형화되고 고집적화 됨에 따라 배선 폭은 좁아지게 되고, 금속 배선에서의 저항 증가 및 신호 지연에 따른, 표시 품질 저하가 큰 문제로 대두되게 되었는 바, 특히 고화질, 대면적 TFT-LCD 개발에 있어서 상기 문제는 절대적 장애요인이 되고 있다. 고속화 및 고집적화 된 전자장치의 실현을 위하여 구동신호의 지연 (RC delay)을 해결할 수 있는 기존의 알루미늄, 몰리브덴, 크롬 보다 전기저항이 낮고 전하이동도 면에서 우수한 구리(Cu)를 배선재료로 적용한 제품이 생산되고 있다. 구리는 비교적 낮은 비저항을 가지며 우수한 전자이동 (electromigration) 저항성을 갖는 재료로서, 구리의 이와 같은 특성을 이용하여 여러 가지 신기술을 개발하려는 시도가 계속되고 있다.

집적회로 및 액정 표시 소자 등의 전자 장치에 있어, 그 집적도의 증가 및 소자의 소형화에 따라 기판 상에 형성해야 할 금속 배선이 점점 미세화하고 있다. 기판 상에 금속 배선의 미세패턴을 형성하기 위해, 기존에는 금속을 전면 스퍼터링한 후 포토레지스트를 사용한 사진식각공정(photolithography)을 이용하여 패턴을 형성하고, 에칭하여 금속 배선을 형성하고 있다. 이러한 기존의 금속 배선 형성방법들은 고가의 장비를 필요로 하고 고온에서 처리되는 스퍼터링 방식으로 제작되므로, 공정 수가 많고 제조 설비에 대한 투자 비용이 높아 제조비용이 상승하는 문제가 있다.

그러나, 구리 배선을 형성하기 위한 방법 가운데 무전해 도금 방법은 기판 표면을 활성화한 후, 용액 내에서의 환원제와 산화제의 이온화 경향 차이를 이용하여 원하는 막을 도금하는 방법이다. 무전해 도금 방법은 외부 전원에 의하지 않고 기 판 전체에서 동일하게 이루어지기 때문에 제조비용이 저렴하고, 공정이 단순하여 생산성이 뛰어나다는 장점이 있다.

무전해 도금 방법에서는 확산 방지막 위에 전기화학적인 방법으로 직접 금속막을 도금하므로 확산 방지막과 금속막 사이의 계면에서의 미세 구조, 상기 계면에서의 반응 등이 금속 배선의 전기적 특성, 열적 안정성과 같은 제반 특성에 상당한 영향을 미친다. 무전해 도금 방법에서는 도금층을 형성하기 전에 하부 도전 배선막을 활성화 처리하여 하부 도전 배선막 상에 촉매 금속핵을 형성한다. 상기 촉매 금속핵은 도금 공정 시 촉매 역할을 하여 도금 공정이 용이하게 일어날 수 있도록 한다. 따라서, 활성화 처리과정에서의 균일하고 조밀한 촉매 금속핵을 생성하는 기술은 무전해 도금 공정을 통해 안정되고 우수한 성질의 도금층을 얻기 위한 가장 중요한 기술 중의 하나라고 할 수 있다.

또한, 절연막 위에서 무전해 도금을 진행하기 위하여 절연막 위에서 문제가 되는 활성화 처리과정을 용이하게 하기 위해서 SnCl₂에 의한 민감화(sensitization) 처리를 행하는 방법이 알려져 있다. 이러한 방법은 활성화에 의한 핵 생성의 균일도와 조밀도를 증가시키기 위한 목적으로도 실시된다.

그러나 주석과 팔라듐을 이용한 활성화 처리 방법에 의해서 수득되는 도금막은 도금막의 접착력이 부족하여 실용화에 부적합한 한계가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 무전해 도금을 이용하여 금속 배선을 형성함에 있어서, 균일하고 조밀한 금속핵을 제공할 수 있도록 활성화 처리에 앞서 구리 화합물에 의해 민감화처리를 행함으로써 안정되고 우수한 특성의 무전해 도금층을 수득할 수 있는 저저항 금속 배선 형성방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 안정되고 우수한 특성의 도금층을 수득할 수 있는 저저항 금속 배선을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 본 발명의 금속 배선 구조를 포함하는 표시 소자를 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은 패턴이 형성된 기판 표면을 활성화시켜 다수의 금속핵을 형성한 후, 그 위에 도금층을 형성함으로써 저저항 금속 배선을 형성함에 있어서, 기판의 활성화 처리 이전에 구리 화합물을 사용하여 민감화 처리를 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법에 관한 것이다.

본 발명의 방법은 절연 기판 위에 하부 도전 배선막을 형성하는 단계; 상기 하부 도전 배선막 위에 구리 화합물을 이용하여 민감화(sensitization) 처리하는 단계; 민감화처리된 기판을 활성화 처리하여 표면에 다수의 촉매 금속핵을 형성하는 단계; 및 활성화 처리된 다층 촉매막 상에 하나 이상의 도금층을 형성하는 도금 단계를 포함할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 기판 위에 형성된 하부 도전 배선막 및 상부 도전 배선막을 포함하는 금속 배선 구조에 있어서, 상기 금속 배선 구조가 하부 도전 배선막과 상부 도전 배선막 사이에 구리 화합물 및 팔라듐 화합물을 포함하는 시드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선막 구조에 관한 것이다.

본 발명의 금속 배선 구조는 기판 위에 배치되는 하부 도전 배선막; 상기 하부 도전 배선막 위에 배치되는 구리 및 팔라듐을 포함하는 시드층; 및 상기 시드층 위에 형성되는 상부 도전 배선막을 포함할 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 금속 배선 구조를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 특히 본 발명의 금속 배선 구조는 액정 표시 장치에 적용될 수 있다.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 저저항 금속 배선 형성방법은 패턴이 형성된 기판 표면을 활성화시켜 다수의 금속핵을 형성한 후, 그 위에 도금층을 형성함으로써 금속 배선을 형성함에 있어서, 기판의 활성화 처리 이전에 구리 화합물을 사용하여 민감화 처리를 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명의 저저항 금속 배선 형성방법을 설명하기 위한 공정흐름도 이고, 도 2는 본 발명의 하부 도전 배선막 형성 단계의 세부 공정흐름도이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 방법에 의해서 저저항 금속 배선을 형성하는 경우에는 먼저 절연 기판(10) 위에 하부 도전 배선막을 형성한다. 이러한 하부 도전 배선막은 기판(10) 위에 금속 박막(20)을 패터닝하여 제작된다. 하부 도전 배선막이 수득되면, 이어서 하부 도전 배선막 위에 구리 시드층(30)을 형성하여 민감화(sensitization) 처리를 행한다. 이어서 민감화처리된 기판을 팔라듐 등을 사용하여 활성화 처리하여 표면에 팔라듐 시드층(40)을 적층함으로써 다수의 촉매 금속핵을 형성한다. 이와 같이 촉매 금속핵들은 다층 촉매막으로 구성된다. 따라서 예를 들어, 구리 화합물을 이용해서 민감화 처리를 행하고, 팔라듐 화합물로 활성화 처리를 행하는 경우에는 구리와 팔라듐의 2 층으로 구성된 촉매막이 수득될 수 있다. 끝으로 활성화 처리된 다층 촉매막 상에 하나 이상의 도금층(50)을 형성함으로써 저저항 금속 배선을 수득할 수 있다.

이하에서 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 각 단계에 대하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

(i) 하부 도전 배선막 형성 단계

하부 도전 배선막은 일반적인 금속 배선막 형성방법에서 사용되는 방법에 의해서 형성할 수 있다. 일례를 들어 설명하면, 먼저 기판 위에 금속 박막(금속 촉매막)을 형성한다.

본 발명에서 사용가능한 기판에는 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 플라스 틱 기판 또는 유리 기판을 사용할 수 있다.　　

하부 도전 배선막 형성시 사용 가능한 금속 박막 재료는 상기 몰리브덴, 니켈, 구리, 타이타늄, 탄탈륨, 텅스텐 및 이들을 적어도 일 성분으로 하는 합금을 포함하나 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 이러한 금속 박막은 5 nm 내지 500 nm 정도의 두께로 증착될 수 있다.

이어서 금속 박막 위에 포토레지스트 조성물을 코팅하여 감광막을 형성한다. 상기 감광막을 포토 마스크 등을 사용하여 UV 등에 선택적으로 노광한 후 현상하여 패터닝한다. 이때 사용가능한 포토레지스트 조성물, 노광 조건 등은 특별히 제한되지 않는다. 이어서 에칭에 의해 원하지 않는 영역에 잔류하고 있는 감광막을 제거한다. 상기 에칭 공정 시 질산, 염산, 인산, 초산, 과산화수소를 주성분으로 하는 에천트(Etchant)를 사용할 수 있다.

(ii) 민감화 처리 단계

무전해 도금은 자가촉매 핵 형성 (autocatalytic nucleation) 및 성장에 의해 진행되고, 반응을 시작하기 위해 시드를 필요로 한다. 대부분의 금속은 그 자체가 촉매로 기능하지 못하기 때문에, 무전해 도금 이전에 민감화 및 활성화 처리를 행하여 금속 성장을 위한 금속핵을 형성할 필요가 있다.

본 발명에서는 하부 도전 배선막이 형성되면 그 위에 구리 화합물을 이용하여 민감화(sensitization) 처리를 행한다. 이때 사용가능한 구리 화합물은 구리, 구리 합금, 황산구리 또는 염화구리 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

민감화 처리는 하부 도전 배선막을 구리 화합물을 포함하는 민감화 용액에 침지하여 수행할 수 있다. 이러한 민감화 처리는 약 20도 내지 약 80도의 온도에서 약 5초 내지 약 100초 정도 행할 수 있다. 민감화 처리가 완료되면 잔류하는 민감화 용액을 제거하기 위해서 탈이온수 등으로 수세할 수 있다.

민감화 처리 이전에 선택적으로 하부 도전 배선막 표면의 러프니스를 증가시켜 하부 도전 배선막의 금속 촉매와 민감화 처리에 의해 형성되는 구리 박막의 접촉성을 증가시키기 위해서, 하부 도전 배선막을 질산 등의 산 용액으로 처리할 수 있다.

본 발명에서와 같이, 하부 도전 배선막 상에 민감화 처리 공정으로 구리 시드를 형성함으로써 후속 공정인 활성화 처리단계에서 핵 생성 사이트가 증가하게 된다. 이에 따라서 활성화 공정 후 금속핵의 밀도와 균일도를 증가시켜 줄 수 있으며, 이는 또한 후속 무전해 도금 공정에 의해 생성된 도금층의 전기전도도 및 접착력 등의 제반 특성을 향상시킨다.

( iii ) 활성화 처리 단계

민감화 처리 후에는 도금을 위한 금속핵 표면의 활성층을 형성하기 위하여 활성화 처리를 행한다. 활성화 처리 단계는 일반적으로 민감화 처리된 배선막을 상온 정도의 온도에서 팔라듐과 같은 활성화 처리 금속이 함유된 활성화액에 소정 시간 침지하여 수행한다. 이러한 활성화 처리를 진행함으로써 하부 도전 배선막 의 표면에 촉매 면으로 작용할 다수의 금속핵을 생성하여 무전해 도금 공정을 용이하게 한다.

활성화액은 팔라듐, 팔라듐 합금, 염화팔라듐, 팔라듐 클로라이드 등의 팔라듐 화합물을 포함할 수 있다. 활성화액의 용매로는 황산, 염산, 질산, 과산화수소 등을 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 활성화 처리가 완료되면 잔류하는 활성화액을 제거하기 위해서 탈이온수 등으로 수세할 수 있다.

이와 같이 민감화 처리 및 활성화 처리를 행하면 다층 촉매막 형태의 금속핵이 형성된다. 이러한 금속핵은 후속하는 도금 공정에서 금속결정성장을 촉진하는 촉매의 역할을 한다.　　

(iv) 도금층 형성 단계

끝으로 활성화 처리된 다층 촉매막 상에 하나 이상의 도금층을 형성함으로써 저저항 금속 배선을 완성한다. 도금 단계에서는 하부 도전 패턴 상의 다수의 금속핵들로부터 금속결정이 성장되어 금속 배선이 형성된다. 즉, 하부 도전 배선막 위에 형성된 다수의 금속핵들이 서로 응집되어 성장하여 섬(islands)이 되고, 이들이 합쳐져서 연속적인 도금막이 형성된다.

도금 단계에서는 2종류 이상의 금속을 단계적으로 성장시켜 다층 금속 배선을 형성할 수도 있다.　　　이러한 도금처리는 습식법으로 무전해 도금 방식에 의해 수행되거나 전해 도금 방식에 의해 수행될 수 있다.

본 발명에서와 같이 구리 화합물에 의해서 민감화 처리하고 팔라듐 화합물에 의해서 활성화 처리를 행하면, 팔라듐 금속입자가 침적된 금속 배선막이 무전해 도금용액의 촉매로서 충분한 활성도를 갖게 되어 도금에 의한 결정성장이 촉진되므로 보다 치밀한 조직의 금속 배선을 수득할 수 있다.

도금 처리에 사용하는 도금 금속으로는, Cu, Ni, Ag, Au 및 이들의 금속합금을 금속 배선의 용도에 따라 적절히 선택하여 사용할 수 있다.　　 고전도성 금속패턴을 수득하기 위해서는 바람직하게는 구리 금속 화합물 용액　또는 은 금속화합물 용액을 사용한다.

무전해도금 또는 전해도금은 종래의 공지된 방법에 따라 수행할 수 있는데, 구리 무전해 도금을 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 구리 무전해 도금 방식을 사용할 경우, 1) 구리염, 2) 구리이온과 리간드를 형성하여 액상반응을 억제하는 착화제, 3) 구리이온을 환원시키는 환원제, 4) 상기 환원제가 산화되도록 적당한 pH를 유지시키는 pH 조절제, 필요에 따라서 선택적으로 5) pH　 완충제 및 6) 개량제 등을 포함하는 도금 용액에 상기 활성화 처리된 하부 도전 배선막을 일정 시간 침지하여 도금시킨다.　　

상기 1) 구리 염의 예는 구리의 염화물, 질산염, 황산염, 청산염 화합물을 포함할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.　　 바람직하게는 황산구리를 사용한다.　　

상기 2) 환원제의 구체적인 예는 NaBH₄, KBH₄, NaH₂PO₂, 히드라진, 포르말린 또는 포도당과 같은 다당류 화합물을 포함한다.　　 바람직하게는 포르말린 또는 포 도당과 같은 다당류 화합물을 사용한다.

상기 3) 착화제의 구체적인 예는 암모니아 용액, 초산, 구아닌산, 주석산염, EDTA, 롯셀염 등의 킬레이트제 또는 유기 아민 화합물을 포함한다.　　 바람직하게는 EDTA 등의 킬레이트제를 사용한다.　　 상기 4) pH 조절제로는 산 혹은 염기 화합물을 사용하고, 5) pH 완충제로는 각종 유기산, 약산성의 무기화합물을 사용할 수 있다.　　 6) 개량제 화합물은 도금층의 코팅 특성 및 평탄화 특성을 개선시킬 수 있는 화합물로서, 그 구체적인 예는 일반적인 계면활성제, 결정성장에 방해되는 성분을 흡착할 수 있는 흡착성 물질 등을 포함한다.

구리금속 결정성장 방식으로 전해도금법을 사용할　경우, 1) 구리염, 2) 착화제, 3) pH 조절제, 4) pH　완충제, 및 5) 개량제를 포함하는 도금용 조성물에 상기 하부 도전 배선막을 침지하여 형성할 수 있다.　　

본 발명에서는 도금층을 형성하여 저저항 금속 배선을 형성한 후에 수득된 저저항 금속 배선에 잔류하는 수분을 제거하고 도금층의 전기적 특성 및 접착력을 향상시키기 위하여 선택적으로 어닐링 단계를 거칠 수 있다. 어닐링 단계는 40 내지 400℃ 온도에서 질소 또는 아르곤 가스 또는 진공 분위기 하에서 15 내지 120분 동안 수행할 수 있다.

또한 선택적으로 도금층 형성 후에는 저저항 금속 배선을 보호하기 위하여 상부 도전 배선막 상에 무전해 도금방법등으로 보호층을 형성할 수 있다. 이러한 보호층은 니켈 또는 니켈 합금을 포함할 수 있다.

본 발명의 방법에서는 하부 도전 배선막을 형성하는 단계에서만 금속 진공 증착과 포토리소그라피를 사용하여 패턴을 형성하고 에칭하고, 그 이후의 상보 도전 배선막은 모두 진공증착 방식에 비해 공정비가 훨씬 저렴한 습식 성막 공정인 도금기술에 의해 행하므로 전체적인 제조비용을 절감할 수 있다. 또한 습식 성막 기술은, 수용액 상에서 성막하기 때문에 성막온도가 100도 이하로 건식 성막에 비해 소비에너지가 적고, 기판이 대형화되는 경우에도 건식공정에 비해 설비 상의 제약이 적어 용이하게 대면적화가 가능하다.

본 발명의 다른 양상은 전기적 특성 및 접착력이 우수하고 제조공정성이 우수한 금속 배선 구조에 관한 것이다. 본 발명의 금속 배선 구조는 기판 위에 형성된 하부 도전 배선막 및 상부 도전 배선막을 포함하는 금속 배선 구조에 있어서, 상기 금속 배선 구조가 하부 도전 배선막과 상부 도전 배선막 사이에 구리 화합물 및 팔라듐 화합물을 포함하는 금속 시드층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 일구현예에 의한 금속 배선 구조의 단면 개략도이다. 일구현예의 본 발명의 금속 배선 구조는 기판 위에 배치되는 하부 도전 배선막, 상기 하부 도전 배선막 위에 배치되는 구리 및 팔라듐을 포함하는 시드층 및 상기 시드층 위에 형성되는 상부 도전 배선막을 포함하여 구성될 수 있다. 상기 하부 도전 배선막은 기판 (10) 위에 금속 박막(20)이 형성되어 구성되고, 상기 시드층은 구리 시드층(30) 및 팔라듐 시드층(40)을 포함할 수 있다. 시드층 위에 형성되는 상부 도전 배선막은 도금층(50)에 해당한다.

본 발명의 금속 배선 구조에서 상기 금속 박막(20)은 몰리브덴, 니켈, 구 리, 타이타늄, 탄탈륨, 텅스텐 및 이들을 적어도 일 성분으로 하는 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 도전 물질로 형성된다. 한편, 상부 도전 배선막을 형성하는 도금층(50)은 니켈, 구리, 은, 금 및 이들을 일성 분으로 하는 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 도전 물질을 포함할 수 있는데, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에서 하부 도전 배선막과 상부 도전 배선막 사이의 시드층은 구리 화합물 및 팔라듐 화합물을 포함한다. 상기 시드층은 구리화합물을 포함하는 구리 시드층(30)과 팔라듐 화합물을 포함하는 팔라듐 시드층(40)을 포함할 수 있다. 구리 시드층(30)을 구성하는 구리 화합물은 구리, 구리 합금, 황산구리, 염화구리로 구성되는 군에서 선택될 수 있고, 팔라듐 시드층(40)을 구성하는 팔라듐 화합물은 팔라듐, 팔라듐 합금, 염화팔라듐, 팔라듐 클로라이드로 구성되는 군에서 선택될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 금속 배선 구조는 상부 도전 배선막을 보호하기 위해서 상부 도전 배선막 위에 니켈 또는 니켈 합금 등의 재료로 구성되는 보호층(미도시)을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 금속 배선 구조는 구리 시드층의 강한 접착력과 팔라듐 시드층의 균일도 향상 특성이 상승 효과를 발휘하여 비저항이 약 3.0 μΩ/㎝ 이하로서 낮아 전기전도성이 우수하고 광택이 향상되며 도금막의 접착력이 향상된다.

본 발명의 금속 배선 구조는 액정 표시 장치(LCD)，플라즈마 디스플레이 패널 (PDP)，전계발광 디스플레이 (ELD), 전기변색 표시장치(ECD)와 같은 각종 표 시장치 및 X-ray 촬광장치 등의 평판 센서에 사용될 수 있는데, 특히 액정 표시장치에 사용하는 경우에 액정 표시 장치의 제조비용을 낮추면서도 대면적화할 수 있어 유리하다.

일반적인 액정표시장치는 횡방향으로 게이트 라인이 형성되고, 이 게이트 라인과 교차되는 세로 방향으로 데이터 라인(24)이 형성되고, 이 게이트 및 데이터 라인이 교차되는 지점에는 박막트랜지스터가 형성되어 있다. 게이트 및 데이터 라인이 교차되는 영역으로 정의되는 화소 영역에는 드레인 콘택홀을 통해 박막트랜지스터와 연결되는 화소 전극이 형성되어 있다. 상기 박막트랜지스터는 게이트 라인에서 분기된 게이트 전극과, 게이트 전극을 덮는 반도체층과, 반도체층의 양단과 일정간격 중첩되며 데이터 라인에서 분기된 소스 전극 및 이 소스 전극과 이격되며, 상기 화소 전극과 박막트랜지스터를 연결하는 드레인 전극으로 구성된다.

도 4은 본 발명의 배선 구조를 포함하는 액정 표시 장치의 단면도개략도이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일구현예의 액정 표시 장치는 투명 기판(1) 상부에 게이트 전극(12)이 형성되고, 이 게이트 전극(12) 상부 및 기판 전면에는 게이트 절연막(15)이 형성되며, 이 게이트 절연막(15) 상부의 게이트 전극(12)을 덮는 위치에는 반도체층(17)이 형성된다. 이러한 반도체층(17) 상부에는 서로 일정 간격 이격된 소스 및 드레인 전극(32, 34)이 형성되고, 이 소스 및 드레인 전극(32, 34) 사이의 이격 구간에는 채널이 형성된다. 상기 반도체층(17)은 순수 비정질 실리콘(a-Si)으로 구성된 액티브층(17a)과 이 액티브층(17a) 상부에 위치하는 불순물 비정질 실리콘(n+ a-Si)으로 이루어진 오믹 콘택층(17b)으로 구성된다. 박막트랜지스터 상부에는 드레인 전극(34)을 일부 노출시키는 드레인 콘택홀을 가지는 보호층(27)이 형성되고, 이 보호층(27) 상부의 화소 영역에는 드레인 콘택홀을 통해 드레인 전극(34)과 연결된 화소 전극(40)이 형성된다. 본 발명의 액정 표시 장치는 이러한 구조로 제한되는 것은 아니고 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자들에 의해 다양하게 변경 또는 개조될 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명의 바람직한 구현예를 보다 상세하게 설명할 것이나, 하기의 실시예들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예

실시예 1

유리 기판 위에 몰리브덴을 50 nm 두께로 증착한 후, AZ1512 포토레지스트 (Clarient Corp. 포지티브 타입)를 몰리브덴 박막이 형성된 유리 기판 상에 스핀코팅하였다. 오리엘사의 UV-exposure를 광원으로 사용하여, 광대역 자외선 (broad band UV)을 출력을 13 mJ/㎠로 하여 7초간, 포토마스크를 통해 노광하여 패턴을 형성시킨 후, 에칭액으로서 AT10(동우화안켐)을 사용하여 현상하여 하부 도전 배선막을 수득하였다.

1.5리터 이상의 용기에, 탈이온수를 800ml가한 후, CuSO₄·5H₂O 5.99g을 첨가 하여 교반하였다. 이어서 EDTA·4Na 26.99g을 첨가하여 교반하고, HCHO (37wt%) 7.47mL 첨가하였다. NaOH로 도금 용액의 pH를 12.6으로 조절하고, 2,2-디피리딜 용액 5mL을 첨가하여 하기 표 1의 (가) 조성과 같은 민감화 용액을 제조하였다. 민감화 용액을 버블링하면서 가열하여 온도 60도로 조정하였다. 버블링과 히팅을 중지한 후, 하부 도전 배선막을 약 5초간 침지한 후 신속하게 꺼내어 수세하였다. 민감화 처리된 배선막의 평면 및 측면 주사전자현미경 사진을 각각 도 5a 및 5b에 나타내었다.

2 리터 비커에 1 리터의 탈이온수를 채우고, 진한 염산 2ml를 가한 후, PdCl₂ 0.03g을 첨가하여 강하게 교반하면서 용해시켜 하기 표 1의 (나) 조성과 같은 팔라듐 활성화액을 제조하였다. 이러한 활성화액을 약 1시간 동안 교반한 후, Cu 무전해 중탕기에 투입한 후, 전단계에서 수득한 민감화 처리된 배선막을 60초간 침지하였다.

활성화 처리를 10초간 행한 후의 배선막의 평면 및 측면 주사전자현미경 사진을 각각 도 5c 및 5d에 나타내었고, 활성화 처리를 60초간 행한 후의 배선막의 평면 및 측면 주사전자현미경 사진을 각각 도 5e 및 5f에 나타내었다. 도 5a 내지 5e를 참고하면, 하부 도전 배선막 위에 금속핵이 초기에는 드문 드문 형성되었다가 활성화 처리를 행함에 따라서 이들이 커지고 결국 합해져서 연속적인 박막을 형성함을 알 수 있다.

상기 수득된 금속 배선을 하기 표 1의 (다) 조성과 같은 무전해 구리(Cu) 도금액에 65℃에서 5분간 침지하여 하부 도전 배선막 상에 구리금속의 결정을 성장시 켜 구리 배선을 수득하였다.

수득된 구리 도금된 금속 배선막의 단면 주사전자현미경 사진을 도 6에 나타내었다. 도 6을 통해서 확인되는 바와 같이, 본 발명에 의해서 형성된 도금막은 계면에서의 들뜸 현상이 나타나지 않고, 접착력이 우수한 것을 볼 수 있다.

(가) 민감화 용액	(나) Pd 활성화액	(다) 구리도금 용액
탈이온수 800 ml CuSO₄·5H₂O 5.99g EDTA·4Na 26.99g HCHO (37wt%) 7.47mL 2,2-디피리딜 용액 5mL	1 리터 탈이온수 진한 염산 2 ㎖ PdCl₂ 0.03g	황산구리 3.5g 주석산염 8.5g 포르말린(37%)　 22 ㎖ 티오뇨소 1g 암모니아 40g

비교예 1

팔라듐 화합물에 의한 활성화 처리를 행하지 않고, 구리 화합물에 의한 민감화 처리만을 행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 소정 패턴의 구리 배선을 수득하였다. 수득된 구리배선의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.

비교예 2

민감화 처리를 행하지 않고, 실시예 1에서 사용된 팔라듐 활성화 용액으로 활성화 처리만을 행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 소정 패턴의 구리 배선을 수득하였다. 수득된 구리배선의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.

비교예 3

민감화액으로 황산 구리 용액 대신에 주석 용액 (10 g/L SnCl₂와 40 mL/L HCl)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하여 소정 패턴의 구리 배선을 수득하였다. 수득된 구리 배선의 물성을 평가하여 그 결과를 하기 표 2에 함께 나타내었다.

실험예 1 : 접착력 측정

실시예에서 수득된 금속 배선 구조(두께 4500 Å, 선폭 7 ㎛)에 대해서 도금층의 접착력을 접착 테이프로 테스트하여 그 결과를 도 8에 나타내고, 대비를 위하여 비교예 1 내지 비교예 3에서 수득된 도금층의 접착력을 평가하여 각각 도 7a 내지 도 7c에 나타내었다.

도 7a-7c 및 도 8을 통해서 확인되는 바와 같이, 비교예 1의 경우는 접착력면에서는 양호한 효과를 나타내었으나, 도금층에 Cu₂O가 생성되어 비저항이 불량하였다. 팔라듐에 의한 활성화 처리만을 행한 비교예 2의 경우는 도금막의 접착력이 불량하여 접착 테이프를 벗겨낼 경우 도금막이 모두 박리되는 것을 확인할 수 있다. 한편, 민감화제로 주석 화합물을 이용하고, 팔라듐 활성화액으로 활성화처리를 행한 비교예 3의 경우는 비교예 2에 비해서는 접착력이 다소 개선되었으나, 실시예 1에 비해 불량하였다. 즉, 민감화제로서 구리 화합물을 이용하고 팔라듐 화합물로 활성화 처리를 행한 실시예 1의 경우 도금층의 접착력이 가장 우수하였다.

실험예 2 : 비저항 측정

실시예 1및 비교예1-3에서 수득된 금속 배선 구조의 두께를 300 nm 및 450nm로 달리하여 각각의 경우에 대해서 비저항을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 두께 측정은 Tencor사의 Surface profiler P-10으로 측정하였으며, 비저항은 4 포인트 프로브로 측정하였다. 실시예 및 비교예에서 반응시간의 변화에 따른 도금층 두께의 변화를 측정하여 도 9에 나타내었다. 도금층의 두께에 따른 비저항의 변화를 측정하여 도 10에 나타내었다.

실시예	비저항(μohm-cm) 도금층 두께 300 nm	비저항 (μohm-cm)- 도금층 두께 450 nm	박리 실험
비교예 1 (Cu)	3.0	2.8	0/140
비교예 2 (Pd)	측정 불가	측정 불가	88/140
비교예 3 (Sn/Pd)	2.9	2.4	69/140
실시에 1 (Cu/Pd)	2.6	2.5	24/140

상기 표 2 및 도 9-10을 통해서 확인되는 바와 같이, 구리 무전해 도금층의 성장 속도는 실시예 및 비교예의 경우 모두 비슷하였으나, 비저항 값은 비교예 1이 높고, 팔라듐이 포함된 비교예 2 및 실시예 1은 유사한 값을 나타내었다. 팔라듐 화합에 의한 활성화 처리를 행한 비교예 2의 경우는 도금막의 심한 필링(peeling) 현상으로 인해서 비저항을 측정할 수 없었다.

도 11은 실시예 1, 비교예 1 및 비교예 3에서 제조된 구리 배선의 X선 회절 분석 결과를 나타낸 그래프이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 비교예 1의 경우는 산화물 피크가 존재하여 도금층에 Cu 이외의 Cu₂O가 존재하는 것으로 예상할 수 있는 반면에, 팔라듐에 의한 활성화 처리를 행한 비교예 3 및 실시예 1의 경우는 ㅅ산화물 피크가 나타나지 않았다.

이상의 결과를 종합하면, 무전해 도금시 민감화제(sensitization agent)로 구리 화합물을 사용하고, 활성화제로 팔라듐 화합물을 사용하는 본 발명의 경우 접착력과 비저항에서 가장 우수한 결과를 보였다.

　이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 본 발명에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이들은 단지 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

본 발명의 방법에 의하면, 고온, 고진공 조건이 요구되는 종래의 스퍼터링 공정을 거치지 않고 습식 성막 공정에 의해 단시간 내에 효율적으로 저저항 금속 배선을 수득할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면 시설 투자비와 제조비용을 크게 절약할 수 있다. 더 나아가 본 발명의 배선 형성방법은 플렉서블 기판에도 적 용할 수 있고, 롤-투-롤(roll-to-roll) 공정에 의해 연속적으로 생산할 수 있어 생산성 향상 효과가 우수하다.

본 발명의 금속 배선 구조는 도금층의 접착성이 향상되고, 비저항이 향상되어, 본 발명의 금속 배선 구조를 이용하는 표시 장치 등은 제품의 신뢰성 및 가격 경쟁력이 향상될 수 있다.

Claims

패턴이 형성된 기판 표면을 활성화시켜 다수의 금속핵을 형성한 후, 그 위에 도금층을 형성함으로써 저저항 금속 배선을 형성함에 있어서, 기판의 활성화 처리 이전에 구리 화합물을 사용하여 민감화 처리를 행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 1항에 있어서, 상기 방법이

절연 기판 위에 하부 도전 배선막을 형성하는 단계;

상기 하부 도전 배선막 위에 구리 화합물을 이용하여 민감화(sensitization) 처리하는 단계;

민감화처리된 기판을 활성화 처리하여 표면에 다수의 촉매 금속핵을 형성하는 단계; 및

활성화 처리된 다층 촉매막 상에 하나 이상의 도금층을 형성하는 도금 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 2항에 있어서, 상기 하부 도전 배선막 형성 단계는

기판 위에 금속 박막을 형성하는 단계;

상기 금속 박막 위에 감광막을 형성하는 단계;

마스크를 이용해서 선택적으로 노광 및 현상하여 패턴을 형성하는 단계;

패터닝된 감광막을 에칭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 2항에 있어서, 상기 구리 화합물은 구리, 구리 합금, 황산구리 또는 염화구리인 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 2항에 있어서, 상기 활성화 처리 단계는 팔라듐, 팔라듐 합금, 염화팔라듐, 팔라듐 클로라이드를 처리하는 단계인 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 2항에 있어서, 상기 도금 단계는 습식법으로 무전해 도금 방식에 의해 수행되거나 전해 도금 방식에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 2항에 있어서, 상기 도금 단계의 도금 금속은 Ni, Cu, Ag, Au 및 이들의 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 것임을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 2항에 있어서, 상기 도금 단계는 구리염, 착화제, 환원제, pH 조절제를 포함하는 구리 무전해 도금액에 민감화 및 활성화 처리된 하부 도전 배선막을 침지 하여 수행되는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 3항에 있어서, 상기 금속 박막은 몰리브덴, 니켈, 구리, 타이타늄, 탄탈늄,텅스텐 및 이들을 적어도 일 성분으로 하는 합금에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 1 항에 있어서, 상기 방법이 상기 도금층 상에 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 10항에 있어서, 상기 보호층은 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 1 항에 있어서, 상기 방법이 도금층을 형성하여 저저항 금속 배선을 형성한 후, 어닐링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
제 12항에 있어서, 상기 어닐링 단계는 40 내지 400℃ 온도에서 질소 또는 아르곤 가스 또는 진공 분위기 하에서 15 내지 120분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 저저항 금속 배선 형성방법.
기판 위에 형성된 하부 도전 배선막 및 상부 도전 배선막을 포함하는 금속 배선 구조에 있어서, 상기 금속 배선 구조가 하부 도전 배선막과 상부 도전 배선막 사이에 구리 화합물 및 팔라듐 화합물을 포함하는 시드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 구조.
제 14항에 있어서, 상기 금속 배선 구조는

기판 위에 적층된 하부 도전 배선막;

상기 하부 도전 배선막 위에 형성된 구리 화합물 및 팔라듐 화합물을 포함하는 시드층; 및

상기 시드층 위에 형성되는 상부 도전 배선막을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 구조.
제 14항에 있어서, 상기 하부 도전 배선막은 몰리브덴, 니켈, 구리, 타이타늄, 탄탈륨, 텅스텐 및 이들을 적어도 일 성분으로 하는 합금으로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 도전 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 구조.
제 14항에 있어서, 상기 상부 도전 배선막은 니켈, 구리, 은, 금 및 이들을 일 성분으로 하는 합금으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 도전 물질을 포함하는 것을 특징으로 금속 배선 구조.
제 14항에 있어서, 상기 시드층은 구리 화합물을 포함하는 구리 시드층 및 팔라듐 화합물을 포함하는 팔라듐 시드층을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 구조.
제 14항에 있어서, 상기 구리 화합물은 구리, 구리 합금, 황산구리, 염화구리로 구성되는 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 금속 배선 구조.
제 14항에 있어서, 상기 팔라듐 화합물은 팔라듐, 팔라듐 합금, 염화팔라듐, 팔라듐 클로라이드로 구성되는 군에서 선택되는 것임을 특징으로 하는 금속 배선 구조.
제 14항에 있어서, 상기 금속 배선 구조는 상부 도전 배선막 위에 형성된 보호층을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 구조.
제 21항에 있어서, 상기 보호층은 니켈 또는 니켈 합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 배선 구조.
제 14항 내지 제 22항 중 어느 한 항의 금속 배선 구조를 포함하는 표시 장치.
제 23항에 있어서, 상기 표시 장치가 액정 표시 장치인 것을 특징으로 하는 표시 소자.