JP4180102B2 - 反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料 - Google Patents

Description

本発明は、液晶などの表示デバイスを構成する際に用いられるＡｌ系合金材料に関し、特に、反射型の液晶表示デバイスに好適な反射膜形成用のＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料に関する。

液晶ディスプレイに代表される薄型テレビなどの表示デバイスには、反射型と透過型とが知られているが、この反射型の表示デバイスについては、従来、反射率の高い純アルミニウムの膜が採用されていた。しかし、この純アルミニウムを反射膜として使用すると、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）などの透明電極（以下、透明電極層と称する場合がある）と接合した場合、反射膜をパターニングする際に電気化学的反応による電食現象が生じ、実用的な特性を満足する回路形成などが困難であった。

そのため、この純アルミニウムの代わりとして、反射率が高く、電気化学的な腐食にも強い銀或いは銀合金が反射膜用材料として採用されている（特許文献１）。しかし、銀系の反射膜用材料では、そのエッチング特性の影響により、所望の回路形成を行うことが難しく、生産性に劣るという傾向が指摘されていた。

このようなことから、パターニングにおける電食現象を抑制したアルミニウム合金材料が提案されている（特許文献２）が、この先行文献に開示されたアルミニウム合金材料により形成された膜に関しては、その反射率特性や接合の際の電気的特性については明らかにされていない。また、ＩＴＯなどの透明電極層との直接接合を実現したアルミニウム合金材料（特許文献３、特許文献４）が提案されているものの、これら先行文献のアルミニウム合金材料により形成された膜の反射率特性は検討されてなく、実用的な反射率特性を備えるものであるか否かについては明確になっていないのが現状である。
特許第３３０２８９４号明細書 国際公開ＷＯ９７／１３８８５号パンフレット 特開２００３−８９８６４号公報 特開２００４−２１４６０６号公報

本発明は、以上のような事情を背景になされたものであり、反射型の表示デバイスに関し、優れた反射特性を備えるとともにＩＴＯやＩＺＯなどの透明電極層との直接接合が可能である反射膜用Ａｌ系合金材料を提供するものである。

本発明は、アルミニウムにニッケルとボロンとを含有した反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料において、１．５ａｔ％〜４ａｔ％のニッケルと、０．１ａｔ％〜０．５ａｔ％のボロンとを含有し、残部がアルミニウムであることを特徴とする。

そして、本発明の反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料では、ニッケル含有量が１．５ａｔ％〜３ａｔ％、ボロン含有量が０．１ａｔ％〜０．４ａｔ％であることが好ましい。

また、本発明は、上記した反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により形成された反射膜層と、透明電極層とを備える反射型表示デバイスの素子構造において、反射膜層が透明電極層に直接接合された部分を有するものである。

本発明に係るＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により反射膜を形成する場合、１．５ａｔ％〜４ａｔ％のニッケルと、０．１ａｔ％〜０．５ａｔ％のボロンとを含有し、残部がアルミニウムであるスパッタリングターゲットを用いることが好ましい。

ＩＴＯ膜と反射膜とをクロスして積層された試験サンプル概略斜視図。

以下、本発明に関する最良の実施形態について説明するが、本発明は下記実施形態に限定されるものではない。

本発明者等は、Ａｌ−Ｎｉ系合金に関して鋭意検討したところ、Ａｌ−Ｎｉ合金に、所定量のボロン（Ｂ）を含有させることにより優れた反射特性を備え、パターニングにおける電食現象が抑制された反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料を見出した。

具体的には、１．５ａｔ％〜４ａｔ％のニッケルと、０．１ａｔ％〜０．５ａｔ％のボロンとを含有し、残部がアルミニウムである反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料である。このような組成の反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により形成された反射膜であれば、２５０℃のアニール処理後において、８７％以上の反射率を備えるとともに、４．５μΩ・ｃｍ以下の低抵抗特性を有したものとなり、反射膜自体にヒロック（突起物）やディンプル（窪み状の欠陥）などの塑性変形を生じなくなる。そして、このような組成の反射膜であれば、透明電極層と反射膜層とを直接接合した際の電食現象を抑制することが可能となる。尚、本発明における反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料は、本発明の奏する効果を逸脱しない範囲において、例えば、材料製造工程或いは配線回路形成工程や素子製造工程などで混入する可能性のあるガス成分のような不可避不純物の混入を妨げるものではない。また、本願における「反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料」との用語は、反射膜それ自体、その原料、例えば、反射膜を形成するためのスパッタリングターゲット、そのスパッタリングターゲットにより成膜したスパッタ膜を含むものとして使用している。

ニッケル含有量が１．５ａｔ％未満であると、反射膜の耐熱性が確保できなくなる。また、ニッケル含有量が０．５ａｔ％未満になると、ＩＴＯなどの透明電極層との直接接合特性が悪くなる傾向となる。ニッケル含有量が４ａｔ％を超えると、反射膜の抵抗値が４．５μΩ・ｃｍを超える傾向となる。また、ボロン含有量が０．１ａｔ％未満であると、反射膜の耐熱性が確保できなくなる。ボロン含有量が０．５ａｔ％を超えると、反射率が８７．０％未満となる。この本発明における反射膜の耐熱性とは、２５０℃、３０分間の熱処理において、反射膜にヒロック（突起物）やディンプル（窪み状の欠陥）などの塑性変形を生じないことをいう。

本発明における反射率とは、波長５５０ｎｍの光を反射膜に当てた際の反射膜から反射される光強度から算出された絶対反射率である。この反射率の測定は、２５０℃、３０分間の熱処理後の反射膜で行ったものである。

また、上記組成範囲の内、ニッケル含有量が１．５ａｔ％〜３ａｔ％で、ボロン含有量が０．１ａｔ％〜０．４ａｔ％であると、反射率が８８％以上で、膜比抵抗４．０μΩｃｍ以下の反射膜とすることができる。

上記した反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により形成した反射膜層は、透明電極層との直接接合が可能であり、且つ、所望の反射特性を備えたものとなる。

上記した本発明に係る反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により反射膜を形成する場合、１．５ａｔ％〜４ａｔ％のニッケルと、０．１ａｔ％〜０．５ａｔ％のボロンとを含有し、残部がアルミニウムであるスパッタリングターゲットを用いることが好ましい。このような組成のスパッタリングターゲットを用いる場合、スパッタリング時の成膜条件に多少左右されることもあるが、ターゲット組成とほぼ同じ組成の反射膜を容易に形成できる。

尚、本発明に係るＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料は、上記したようにスパッタリング法により反射膜を形成することが実用的に望ましいが、他の異なる方法を採用しても良い。例えば、蒸着法、スプレーホーミング法などの乾式法によってもよく、本発明のＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金組成からなる合金粒子を配線材料として用い、エアロゾルディポジッション法で反射膜を形成することや、インクジェット法により反射膜を形成することなどが挙げられる。

以下、実施例について説明する。この実施例では、表１に示す各組成のＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により反射膜を形成し、その反射膜特性を評価した結果を説明する。特性評価は、膜比抵抗、耐熱性、反射率、ＩＴＯ接合性について行った。各特性評価の方法を以下に示す。

膜比抵抗：表１記載の各組成としたスパッタリングターゲットを作製し、マグネトロン・スパッタリング装置（スパッタリング条件、投入電力３．０Ｗａｔｔ／ｃｍ^２、アルゴンガス流量１００ｓｃｃｍ、アルゴン圧力０．５Ｐａ）により、ガラス基板上に厚み０．３μｍの反射膜を形成した。そして、この反射膜を、窒素ガス雰囲気中、３００℃、３０分間の熱処理を行った後、４端子抵抗測定装置により測定した。尚、スパッタリングターゲットは、表１記載の各組成量となるように、アルミニウムに所定量のニッケル及びボロンを混合して、真空中で溶解攪拌した後、不活性ガス雰囲気中で鋳造した後、得られたインゴットを圧延、成型加工をし、スパッタリングに供する表面を平面加工して製造したものを用いた。

耐熱性：表１に記載した各組成の反射膜の耐熱性は、ガラス基板上にスパッタリング（条件は上記と同様）により単膜（厚み約０．３μｍ）を形成し、窒素ガス雰囲気中、１００℃〜４００℃範囲において５０℃刻みの各温度で、３０分間の熱処理後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：１万倍）で膜表面を観察して行った。また、このＳＥＭ観察は、各観察試料について観察範囲１０μｍ×８μｍを５視野確認するようにした。そして、表１に示す耐熱性の評価結果は、観察表面に径０．１μｍ以上の突起物（ヒロック）が確認されたか、或いは観察表面に窪み状部分（径０．３μｍ〜０．５μｍ）となったディンプルが４個以上確認された場合の熱処理温度を、その耐熱性評価温度とした。

反射率：反射率は、紫外線可視分光光度計（Ｖ５５０−ＤＳ：日本分光（株）製）により測定した。この装置で測定される反射率は、絶対反射率であり、リファレンスとして蒸着による純アルミニウム膜を測定したものである。測定範囲は可視光領域（２５０ｎｍ〜８５０ｎｍ）であるが、本実施例の反射率は、波長５５０ｎｍに対する測定値を採用している。そして、大気雰囲気中に配置したガラス基板の反射膜に対して、光源から入射角５°で光を入射し、反射角５°の反射光により反射率を測定した。各反射膜の作成条件は、上記膜比抵抗値で説明した条件と同じである。また、この反射率測定は、２５０℃、３０分間熱処理を行った反射膜について行った。

ＩＴＯ接合性：このＩＴＯ接合性は、図１の概略斜視図に示すようにガラス基板上にＩＴＯ膜（Ｉｎ_２Ｏ_３−１０ｗｔ％ＳｎＯ_２：１０００Å厚、回路幅１０μｍ）を形成し、その上に各組成の反射膜（２０００Å厚、回路幅１０μｍ）をクロスするように形成した試験サンプル（ケルビン素子）を用いて評価した。

この試験サンプルの作製は、まず、ガラス基板上に、表１記載の各組成のスパッタリングターゲットを用い、上記スパッタリング条件にて、厚み２０００Åの反射膜を形成した。そして、各組成の反射膜表面にレジスト（ＯＦＰＲ８００：東京応化工業（株））を被覆し、１０μｍ幅回路形成用パターンフィルムを配置して露光処理をし、濃度２．３８％、液温２３℃のテトラメチルアンモニウムハイドロオキサイドを含むアルカリ現像液（以下、ＴＭＡＨ現像液と略す）で現像処理をした。現像処理後、リン酸系混酸エッチング液（関東化学（株）社製）により回路形成を行い、ジメチルスルフォキシド（以下ＤＭＳＯと略す）剥離液によりレジストの除去を行って、１０μｍ幅回路を形成した。

そして、この反射膜からなる１０μｍ幅回路を形成した基板を、純水洗浄、乾燥処理を行い、その表面にＳｉＮｘの絶縁層（厚み４２００Å）を形成した。この絶縁層の成膜は、スパッタリング装置を用い、投入電力ＲＦ３．０Ｗａｔｔ／ｃｍ^２、アルゴンガス流量９０ｓｃｃｍ、窒素ガス流量１０ｓｃｃｍ、圧力０．５Ｐａ、基板温度３００℃のスパッタリング条件により行った。

続いて、絶縁層表面にポジ型レジスト（東京応化工業（株）社製：ＴＦＲ−９７０）を被覆し、１０μｍ×１０μｍ角のコンタクトホール開口用パターンフィルムを配置して露光処理をし、ＴＭＡＨ現像液により現像処理をした。そして、ＣＦ_４のドライエッチングガスを用いて、コンタクトホールを形成した。コンタクトホール形成条件は、ＣＦ_４ガス流量５０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量５ｓｃｃｍ、圧力４．０Ｐａ、出力１５０Ｗとした。

その後、上記ＤＭＳＯ剥離液によりレジストの剥離処理を行った。そして、イソプロピルアルコールを用いて残存剥離液を除去した後、水洗、乾燥処理を行った。このレジストの剥離処理が終了した各サンプルに対し、ＩＴＯスパッタリングターゲット（組成Ｉｎ_２Ｏ_３−１０ｗｔ％ＳｎＯ_２）を用いて、コンタクトホール内及びその周囲に透明電極となるＩＴＯ膜を形成した。ＩＴＯ膜の形成は、基板温度７０℃、投入電力１．８Ｗａｔｔ／ｃｍ^２、アルゴンガス流量８０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量０．７ｓｃｃｍ、圧力０．３７Ｐａの条件でスパッタリングを行い、厚み１０００Åとした。

このＩＴＯ膜表面にレジスト（東京応化工業（株）社製：ＯＦＰＲ８００）を被覆し、パターンフィルムを配置して露光処理をし、ＴＭＡＨ現像液で現像処理をし、しゅう酸系混酸エッチング液（関東化学（株）社製：ＩＴＯ０５Ｎ）により１０μｍ幅回路の形成を行った。ＩＴＯ膜回路形成後、ＤＭＳＯ剥離液によりレジストを除去した。

以上のようして得られた各試験サンプルを、大気雰囲気中、２５０℃、３０分間の熱処理を行った後、図１に示す試験サンプルの矢印部分の端子部から連続通電（３ｍＡ）をして抵抗を測定した。このときの抵抗測定条件は、８５℃の大気雰囲気中における、いわゆる寿命加速試験条件で行った。そして、この寿命加速試験条件の下、各試験サンプルにおいて、測定開始における初期抵抗値の１００倍以上の抵抗値に変化した時間（故障時間）を調べた。この寿命加速試験条件で２５０時間を超えても故障しなかった試験サンプルを評価○とした。また、寿命加速試験条件の下、２５０時間以下で故障した試験サンプルを評価×とした。尚、上記した寿命加速試験については、ＪＩＳ Ｃ ５００３：１９７４、参照文献（著書名「信頼性加速試験の効率的な進め方とその実際」：鹿沼陽次 編著、発行所 日本テクノセンター（株））に準拠したものである。

表１に示すように、ニッケル含有量とボロン含有量とが少なすぎると、反射膜の耐熱性が低下するという傾向となり、逆にニッケル含有量とボロン含有量とが多すぎると、膜比抵抗の増大とともに反射率が低下する傾向が判明した。また、表１では、反射率が８７．０％未満か、膜比抵抗値が４．５μΩｃｍ以上か、耐熱性が２５０℃未満であったものは評価×とし、耐熱性が２５０℃以上で、反射率が８７．０％以上、膜比抵抗値が４．５μΩｃｍ以下のものは評価○とし、耐熱性が２５０℃以上で、反射率が８８．０％以上で、膜比抵抗値が４．０μΩｃｍ以下のものは評価◎とした。その評価結果より、ニッケル含有量が１．５ａｔ％〜４ａｔ％、ボロン含有量が０．１ａｔ％〜０．５ａｔ％の組成であれば、耐熱性が２５０℃以上で反射率が８７．０％以上で、膜比抵抗値が４．５μΩｃｍ以下になることが判明した。そして、ニッケル含有量が１．５ａｔ％〜３ａｔ％で、ボロン含有量が０．１ａｔ％〜０．４ａｔ％であると、耐熱性が２５０℃以上で、反射率が８８．０％以上で、膜比抵抗も４．０μΩｃｍ以下となることが判明した。尚、表１に記載した各組成のＡｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により反射膜は、ＩＴＯとの直接接合を行っても、すべての組成で問題なく接合できることが確認された。

本発明によれば、優れた反射特性を備えるとともにＩＴＯやＩＺＯなどの透明電極層との直接接合が可能である反射膜を実現できる。また、本発明に係る反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により形成された反射膜であれば、反射膜に熱履歴が加えられても、高い反射率を安定して維持することができる。

Claims (4)

1. アルミニウムにニッケルとボロンとを含有した反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料において、
   １．５ａｔ％〜４ａｔ％のニッケルと、０．１ａｔ％〜０．５ａｔ％のボロンとを含有し、残部がアルミニウムであることを特徴とする反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料。
2. ニッケル含有量が１．５ａｔ％〜３ａｔ％、ボロン含有量が０．１ａｔ％〜０．４ａｔ％である請求項１に記載の反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料。
3. 請求項１又は請求項２に記載の反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料により形成された反射膜層と、透明電極層とを備える反射型表示デバイスの素子構造であって、
   前記反射膜層が、半導体層に直接接合された部分を有することを特徴とする反射型表示デバイスの素子構造。
4. 反射膜用Ａｌ−Ｎｉ−Ｂ合金材料からなる反射膜を形成するためのスパッタリングターゲットであって、
   １．５ａｔ％〜４ａｔ％のニッケルと、０．１ａｔ％〜０．５ａｔ％のボロンとを含有し、残部がアルミニウムであることを特徴とするスパッタリングターゲット。

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