A new metal patterning process was developed to reduce the number of chemical processing steps and to obtain fine patterns of 10 μm line width. Films of amorphous $TiO_2$ and water-soluble polyvinyl alcohol were used as photocatalytic layers. UV light of shorter than 365 nm was illuminated through photomask in order to form latent image which has an ability of reducing some noble metal like palladium and silver. Palladium and silver activators formed on the UV exposed area of photocatalyst could induce the formation of Ni, Cu and Ag by electroless plating. Electroless Ni plating resulted in the formation of high resolution and adhesive metal pattern to substrates whereas Cu and Ag direct electroless plating on photocatalyst did not provide the high conductivity metal pattern thicker than 0.3 μm. The subsequent selective deposition of Cu metal by electroless/ electro plating on patterned Ni could result in the formation of high resolution and conductive metal pattern depending on such factors as composition of plating solution and treatment conditions.
It was established that high resolution metal patterns of low resistivity with good adhesion were formed only at a small process steps without using high cost materials and equipments. Selective growth of carbon nanotubes on the Ni patterns was carried out by plasma-enhanced chemical vapor deposition. It’s expected that this methods will have several benefits for fabricating the microelectronic devices, especially in the large size flat panel display.
LCD, PDP 등의 평판표시 소자의 대형화, 고해상도화 추세에 따라 Cu, Ag 등의 저저항 배선 자료가 주목 받고 있으나 기판에 대한 접착력 부족, 공정의 까다로움 등으로 실용화에 이르지 못하고 있다. Cu 박막 형성을 위해 CVD (chemical vapor deposition) 혹은 sputtering 방식이 검토되고 있으나 향후 기판 크기가 2m 를 넘을 경우 고진공 장비의 적용이 한계에 이를 가능성이 크다. 이에 최근 고집적 반도체의 Cu 배선에 적용 되고 있는 도금 방식에 대한 검토가 평판표시 소자에 있어서도 이루어 지고 있다. 저저항 배선의 신규 배선 형성 방법도 신뢰성 향상 및 비용 절감을 위해 요구되고 있다. Inkjet, soft lithography 와 같은 인쇄 기술이 최근 많이 검토되고 있으나 이들 기술도 해상도의 한계, 균일성의 부족 등 많은 문제를 남기고 있다. 본 연구에서는 광촉매를 이용한 신규 배선 형성 방법이 검토되었다.
무정형의 Ti 계 고분자 재료 및 수용성 PVA(polyvinyl alcohol) 층으로 이루어진 광촉매가 Cu 등의 저저항 배선 형성을 위해 사용되었다. 365nm 이하의 단파장 자외선을 포토마스크를 통해 노광할 경우 노광된 부분만이 활성화 되어 Pd, Ag 등의 귀금속 이온을 환원시킬 정도의 환원력을 갖게 된다.
환원된 귀금속 패턴을 Ni, Cu, Ag 등의 무전해 도금 처리할 경우 패턴부위에만 선택적으로 무전해 도금되어 금속 배선의 형성이 가능해 진다. 무전해 Ni 도금의 경우 형성되는 배선의 접착력이 매우 좋은 반면 Cu, Ag 의 경우 접착력이 부족해 0.3 μm 이상의 두께를 형성할 수 없었다. 이에 무전해 Ni 처리에 의해 고해상도, 고접착력의 배선을 형성한 후 Cu 무전해 도금 혹은 전해 도금을 실시하여 접착력이 개선된 저저항 Cu 배선의 형성이 가능하였다. 광촉매 처리 조건부터 선택적 Cu 도금 처리까지 공정조건 등의 최적화가 검토되었다. 이와 같은 저가의 공정 및 단순화된 방식에 의해 고해상도의 저저항 배선 형성이 가능함을 입증하였다. 또한 Ni 배선을 촉매로 사용하여 Ni 패턴 상에서만 카본나노 튜브를 PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) 방식에 의해 선택적으로 성장할 수 있었다. 광촉매를 활용한 신규배선 형성 공정 방식이 대형 평판표시 소자 및 마이크로 전자소자의 제조에 다양한 이점을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
