JP5060904B2 - 反射電極および表示デバイス - Google Patents

Description

本発明は、液晶ディスプレイなどに代表される表示デバイスに使用される反射電極、および表示デバイスに関し、詳細には、反射電極を構成する金属層が、バリアメタル層を介さずに、透明電極を構成する酸化物導電膜と直接接続する反射電極に関するものである。

液晶ディスプレイは、液晶パネルの背後に設置された照明装置（バックライト）からの光を光源として用いる透過型表示デバイスと、周囲光を用いる反射型表示デバイスと、透過型と反射型の両タイプを兼ね備えた半透過型表示デバイスと、に大別される。

このうち、透過型表示デバイスは、液晶パネルの後面から照射されたバックライトを液晶パネルやカラーフィルターに通過させて表示を行なうものであり、使用環境に左右されずに高コントラスト比の表示を行なうことができるという利点があり、テレビやパソコンモニタなどのような大型で輝度が必要な電子機器に汎用されている。しかし、バックライトの電力が必要になるため、携帯電話などの小型機器にはやや不向きである。

一方、反射型表示デバイスは、自然光や人工光などを液晶パネル内で反射させ、その反射光を液晶パネルやカラーフィルターを通して表示を行なうものであり、バックライトを必要としないために消費電力が小さく、電卓や時計などを中心に汎用されている。しかし、反射型表示デバイスは、使用環境によって表示の明るさやコントラスト比が大きく左右され、特に、暗くなると見え難くなるという欠点がある。

これに対し、半透過型表示デバイスは、昼間は反射電極を利用して消費電力を節約し、室内や夜間では必要に応じてライトを点灯して使用して表示を行なうなど、使用環境に応じて、透過モードによる表示デバイスと反射モードによる表示を行なうことができるため、周辺環境に制約されずに消費電力を節約でき、しかも明るい高コントラスト比の表示が得られるという利点がある。半透過型表示デバイスは、モバイル機器に最適に用いられ、特に、カラー化された携帯電話などに汎用されている。

図１および図２を参照しながら、代表的な半透過型液晶表示装置の構成および動作原理を説明する。図１および図２は、後記する特許文献３に開示された図１および図２に対応する。

図１に示すように、半透過型液晶表示装置１１は、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｔｏｒ、以下、ＴＦＴと呼ぶ。）基板２１と、ＴＦＴ基板２１に対向して配置された対向基板１５と、ＴＦＴ基板２１と対向基板１５との間に配置され、光変調層として機能する液晶層２３とを備えている。対向基板１５は、ブラックマトリックス１６を含むカラーフィルター１７を含み、カラーフィルター１７上には、透明な共通電極１３が形成されている。一方、ＴＦＴ基板２１は、画素電極１９、スイッチング素子Ｔ、および走査線や信号線を含む配線部を有している。配線部には、複数個のゲート配線５と複数個のデータ配線７とが互いに垂直に配列されており、ゲート配線５とデータ配線７とが交差する部分にはスイッチング素子のＴＦＴ（図中、Ｔ）がマトリックス状に配置されている。

図２に詳しく示すように、画素電極１９の画素領域Ｐは、透過領域Ａと反射領域Ｃとから構成されており、透過領域Ａは透明電極（画素電極）１９ａを、反射領域Ｃは透明電極１９ａと反射電極１９ｂを備えている。透明電極１９ａと反射電極１９ｂとの間には、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｗなどの高融点金属からなるバリアメタル層５１が形成されている（詳細は後述する。）。

図１に示す半透過型液晶表示装置１１について、図２を参照しながら、透過モードおよび反射モードの動作原理を説明する。

まず、透過モードの動作原理を説明する。
透過モードでは、ＴＦＴ基板２１の下部に配置されたバックライト４１の光Ｆを光源として使用する。バックライト４１から出射した光は、透明電極１９ａおよび透過領域Ａを介して液晶層２３に入射し、透明電極１９ａと共通電極１３との間に形成される電界によって液晶層２３における液晶分子の配列方向が制御され、液晶層２３を通過するバックライト４１からの入射光Ｆが変調される。これにより、対向基板１５を透過する光の透過量が制御されて画像が表示される。

一方、反射モードでは、外部の自然光または人工光Ｂが光源として利用される。対向基板１５に入射した光Ｂは、反射電極１９ｂに反射され、反射電極１９ｂと共通電極１３との間に形成される電界によって液晶層２３における液晶分子の配列方向が制御され、液晶層２３を通過する光Ｂが変調される。これにより、対向基板１５を透過する光の透過量が制御されて画像が表示される。

画素電極１９は、透明電極１９ａと反射電極１９ｂとから構成されている。このうち、透明電極１９ａは、代表的には、酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）中に酸化錫（ＳｎＯ）を１０質量％程度含む酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や、酸化インジウムに酸化亜鉛を１０質量％程度含む酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの酸化物導電膜から形成されている。

また、反射電極１９ｂは、反射率の高い金属材料で構成されており、代表的には、純ＡｌやＡｌ−ＮｄなどのＡｌ合金（以下、これらをまとめてＡｌ系合金と呼ぶ。）が用いられている。Ａｌは、電気抵抗率も低いため、配線材料として極めて有用である。

ここで、図２に示すように、反射電極１９ｂを構成するＡｌ系合金薄膜と、透明電極を構成するＩＴＯやＩＺＯなどの酸化物導電膜との間にＭｏなどの高融点金属バリアメタル層５１を形成する理由は、これらを直接接続して反射領域を形成すると、ガルバニック腐食などによって接触抵抗が上昇し、画面の表示品位が低下するからである。すなわち、Ａｌは非常に酸化され易く、且つ、純Ａｌと酸化物導電膜とは、アルカリ電解質液（現像液）中における電極電位の差が大きい（純Ａｌの電極電位は−１．９Ｖであるのに対し、ＩＴＯの電極電位は−０．１７Ｖである。）ため、Ａｌ系合金薄膜を酸化物導電膜に直接接続すると、液晶パネルの成膜過程で生じる酸素や成膜時に添加する酸素などにより、その界面にＡｌ酸化物の絶縁層が生成し、上記の問題を招くと考えられる。例えば、特許文献１〜特許文献３では、このような観点に基づき、Ａｌ系合金薄膜と酸化物導電膜との間にＭｏやＣｒなどのバリアメタル層５１を介在させており、これにより、接触抵抗の低減を図っている。
特開２００４−１４４８２６号公報 特開２００５−９１４７７号公報 特開２００５−１９６１７２号公報

反射電極を構成する配線材料に要求される特性としては、まず、反射率が高いこと、および配線材料自体の電気抵抗率が低いことが挙げられる。

しかしながら、ＭｏやＣｒなどの高融点金属の反射率は、非常に低い。そのため、例えば、反射領域が、酸化物導電膜とＡｌ系合金薄膜との界面の反射によって構成されている場合、反射モードによる表示を行なうため、わざわざ、バリアメタル層を除去してＡｌ系合金薄膜をむき出しにする必要があった。

更に、生産性や製造コストなどの観点から、バリアメタル層の形成を省略し、反射電極を透明画素電極に直接接続しても、接触抵抗を低減することが可能な、反射電極用配線材料の開発が切望されている。

すなわち、バリアメタル層を形成するためには、透明電極の形成に必要な成膜用スパッタ装置に加えて、バリアメタル形成用の成膜チャンバーを余分に装備しなければならない。液晶パネルの大量生産に伴って低コスト化が進むにつれて、バリアメタル層の形成に伴う製造コストの上昇や生産性の低下は軽視できなくなっている。

また、バリアメタル層とＡｌ系合金薄膜との積層配線をウェットエッチング処理法でテーパー加工するためには、バリアメタル用およびＡｌ系合金用のエッチャント（エッチング液）をそれぞれ用意しなければならず、更に、それぞれに適したエッチング用バスが必要になるなど、コストが上昇する。

更に、反射電極を構成する配線材料には、最近の成膜温度の低温化に伴い、例えば、約１００〜３００℃程度の低い熱処理下で成膜を行なったとしても、熱処理後の上記特性に優れており（高い反射率、低い電気抵抗率、低い接触抵抗）、配線表面にヒロック（コブ状の突起物）が発生しない優れた耐熱性を有していることも要求される。表示デバイスを製造する際のプロセス温度は、歩留まりの改善や生産性などの観点から、益々低温化する傾向にあり、最近の成膜技術の向上により、例えば、２５０℃程度での成膜も可能になっているためである。

しかしながら、これらの要求特性をすべて兼ね備えた、透明画素電極と直接接続し得る反射電極用配線材料は、未だ提供されていない。

上記では、半透過型表示デバイスを例にして説明したが、前述した要求は、これに限定されず、反射モードで表示を行なう反射領域を備えた表示デバイス全般に要求されるものである。

本発明は上記事情に着目してなされたものであって、その目的は、反射電極を構成する金属層（Ａｌ合金薄膜）が、バリアメタル層を介さずに、透明電極を構成する酸化物導電膜と直接接続された反射電極であって、例えば、約１００℃以上３００℃以下の低い熱処理を施しても、高い反射率および低い接触抵抗（率）を有しており、しかも、ヒロックなどの欠陥を生じることのない耐熱性にも優れた反射電極を提供することにある。

上記課題を解決することのできた本発明に係る表示デバイス用の反射電極は、Ｎｉを０．１〜２原子％含有するＡｌ−Ｎｉ合金の薄膜からなり、前記Ａｌ−Ｎｉ合金の薄膜は、酸化物導電膜と直接接続しているところに要旨が存在する。

好ましい実施形態において、前記Ａｌ−Ｎｉ合金は、更に、Ｌａ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，およびＬｕよりなる群から選択される少なくとも一種の元素を０．１〜２原子％含有する。

本発明の表示デバイスは、上記の反射電極を備えている。

本発明の反射電極は、上記の様に構成されているため、従来のようにバリアメタル層を介在させずに、反射電極を構成する金属層（Ａｌ合金薄膜）を、透明電極を構成する酸化物導電膜と直接接続しても、反射特性、接触抵抗、電気抵抗率、耐熱性などのすべての特性に優れている。具体的には、例えば、約１００℃以上３００℃以下の低い熱処理を施しても、高い反射率と低い接触抵抗を有しており、且つ、ヒロックなどの欠陥を生じることもない。そのため、本発明の反射電極を用いれば、生産性に優れ、安価で、且つ高性能の表示デバイスを提供することができる。

本発明者は、透明画素電極を構成する酸化物導電膜と反射電極を構成する金属薄膜との間に、従来のようにバリアメタル層を介在させなくても、優れた反射特性を発揮し得、更には、低温熱処理を施した場合でも、良好な反射特性を維持することは勿論のこと、接触抵抗や電気抵抗率などの特性にも優れた反射電極を提供するため、鋭意検討してきた。

その結果、Ａｌ合金として、Ｎｉを０．１〜２原子％含有するＡｌ−Ｎｉ合金を用いれば、所期の目的が達成されることを見出した。更に、上記のＡｌ−Ｎｉ合金に、Ｌａ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，およびＬｕよりなる群（以下、説明の便宜のため、グループＸと呼ぶ場合がある。）から選択される少なくとも一種の元素を０．１〜２原子％含有するＡｌ−Ｎｉ−Ｘ合金を用いれば、耐熱性が高められることを見出した。あるいは、Ａｌ−Ｎｉ−Ｘ合金に、Ｓｉおよび／またはＧｅの元素（以下、説明の便宜のため、グループＺと呼ぶ場合がある。）を０．１〜２原子％含有するＡｌ−Ｎｉ−Ｘ−Ｚ合金を用いると、反射率、接触抵抗、耐熱性などの特性が一層高められることを見出し、本発明を完成した。

本明細書において、「高い反射率」または「反射特性に優れている」とは、後記する実施例に記載の方法で成膜直後および加熱処理後の反射率を測定したとき、いずれにおいても、５５０ｎｍでの反射率が９０％以上のものを意味する。

更に、本明細書において、「接触抵抗が低い」とは、後記する実施例に記載の方法で成膜直後および加熱処理後の接触抵抗を測定したとき（１００μ角コンタクトホール）、いずれにおいても、接触抵抗が３ｋΩ以下のものを意味する。好ましい接触抵抗は１ｋΩ以下である。

前述したように、本発明の反射電極は、上記のＡｌ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｎｉ−Ｘ合金、またはＡｌ−Ｎｉ−Ｘ−Ｚ合金を用いたところに特徴がある。以下では、説明の便宜上、これらのＡｌ合金をまとめて、Ａｌ−Ｎｉ系合金と呼ぶ場合がある。

上記のＡｌ−Ｎｉ系合金を用いることによって良好な特性が得られる理由は、詳細には不明であるが、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜と酸化物導電膜との界面（接触界面）に、Ａｌの拡散を防止し得るＮｉ含有析出物またはＮｉ濃化層が形成され、これにより、接触抵抗の上昇や反射率の低下が抑えられるためと推察される。

図３は、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜と酸化物導電膜との接触界面に、Ｎｉを含む導電性のＮｉ含有析出物が形成された様子を模式的に示す図である。ここで、「Ｎｉ含有析出物」とは、Ｎｉの一部または全部が析出した析出物を意味し、例えば、ＡｌとＮｉとの金属間化合物などが挙げられる。図３に示すように、上記の接触界面には、Ａｌ_２Ｏ_３の酸化物絶縁層だけでなく、導電性のＮｉ含有析出物も形成されるため、当該Ｎｉ含有析出物を通して大部分のコンタクト電流が流れるようになる。その結果、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜と画素電極とは電気的に導通するようになり、接触抵抗が低く抑えられ、表示品位の低下を防止することができる。

図４は、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜と酸化物導電膜との接触界面に、Ｎｉ濃化層が形成された様子を模式的に示す図である。ここで、「Ｎｉ濃化層」とは、Ｎｉ濃化層中のＮｉの平均濃度が、Ａｌ−Ｎｉ系合金中のＮｉ含有量以上で、（Ｎｉ含有量＋８原子％以下）の範囲内のものを意味する。例えば、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜のＮｉ含有量が２原子％の場合、Ｎｉの平均濃度が２原子％以上１０原子％以下の層を「Ｎｉ濃化層」と呼ぶ。

図４に示すように、上記の接触界面には、前述したＮｉ含有析出物のほか、Ｎｉ濃化層が全域に形成されており、絶縁物層は見られない。従って、上記の構成によれば、図３に示すＮｉ含有析出物に比べ、接触抵抗が一層低く抑えられる。

Ｎｉ濃化層の厚さは、０．５ｎｍ以上１０ｎｍ以下であることが好ましく、１．０ｎｍ以上５ｎｍ以下であることがより好ましい。

Ｎｉ濃化層中の厚さは、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜と酸化物導電膜との接触界面の断面ＴＥＭ観察（倍率３００，０００倍）を行って測定し、Ｎｉ濃化層中のＮｉ含有量は、上記の断面ＴＥＭ観察試料を用い、ＥＤＸ（ＫＥＶＥＸ社製シグマ）による組成分析を行なうことによって測定する。ＴＥＭ観察は、日立製作所製「ＦＥ−ＴＥＭ ＨＦ−２０００」を用いて測定することができる。

上記のＮｉ含有析出物やＮｉ濃化層は、以下に詳しく説明するように、成膜時の熱処理工程やエッチング工程などにおいて、Ａｌ−Ｎｉ系合金中のＮｉの固溶限（０．７７％）を超えるＮｉがアルミニウム粒界に析出したり、その一部がアルミニウム表面に拡散濃縮したりするなどして形成されると考えられる。

例えば、上記のＮｉ含有析出物やＮｉ濃化層は、絶縁膜形成時に所定の熱処理を行なったときや、配線膜形成後でコンタクトホールエッチング前に、例えば、約１００〜４００℃で１５分以上の熱処理を加えることによって形成される。

あるいは、Ｎｉ含有析出物やＮｉ濃化層は、絶縁膜のコンタクトホールエッチング工程において、Ａｌ−Ｎｉ系合金膜の表面から１〜２００ｎｍ、より好ましくは３〜１００ｎｍ程度がエッチングされる（ライトエッチング）様にオーバーエッチング時間（コンタクトホールを膜厚深さ分だけエッチングするのに必要な時間に対し、接触抵抗を安定させるために追加されるエッチング時間）を追加することによっても得られる。また、Ｎｉ含有析出物やＮｉ濃化層は、絶縁膜のコンタクトホールエッチング工程後のフォトレジスト剥離工程で、Ａｌに対しライトエッチング効果を有するアミン系の剥離液（詳細は、後述する。）を使用することによっても得られる。

前述したＮｉ含有析出物やＮｉ濃化層による反射率向上作用および接触抵抗低減化作用を有効に発揮させるためには、Ａｌ中に含まれるＮｉの量は０．１原子％以上であることが必要である。Ｎｉの含有量が０．１原子％未満では、上記作用を有効に発揮し得る程度のＮｉ含有析出物やＮｉ濃化層が充分得られず、上記作用が有効に発揮されない。一方、Ｎｉの含有量が２原子％を超えると、Ａｌ−Ｎｉ合金膜自体の反射率が低くなり、実用に供し得なくなる。Ａｌ中に含まれるＮｉの含有量は、０．２原子％以上１．５原子％以下であることが好ましく、０．３原子％以上１．０原子％以下であることがより好ましい。

本発明では、Ｎｉを０．１〜２原子％含有する上記のＡｌ−Ｎｉ合金に、更に、グループＸに属する元素（Ｌａ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，およびＬｕよりなる群から選択される少なくとも一種の元素）を０．１〜２原子％含有するＡｌ−Ｎｉ−Ｘ合金を用いても良い。グループＸに属する元素は、いずれも、耐熱性向上作用を有しており、Ａｌ−Ｎｉ−Ｘ合金を用いることにより、Ｎｉ添加による反射率の上昇効果および電気抵抗率の低減効果に加え、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜表面のヒロック（コブ状の突起物）の形成も有効に防止されるようになる。

上記グループＸに属する元素の含有量が０．１原子％未満の場合、耐熱性向上作用を有効に発揮することができない。耐熱性の観点のみからすれば、上記グループＸに属する元素の含有量は多い程好ましいが、上限が２原子％を超えると、Ａｌ−Ｎｉ−Ｘ合金膜自体の電気抵抗率が上昇してしまう。従って、電気抵抗率の低減化と耐熱性向上作用を勘案すれば、グループＸに属する元素の含有量は、０．２原子％以上０．８原子％以下であることが好ましい。これらの元素は、単独で添加しても良く、２種以上を併用してもよい。２種以上の元素を添加するときは、各元素の合計の含有量が上記範囲を満足するように制御すればよい。

上記グループＸに属する元素のうち、耐熱性向上の観点から好ましいのは、Ｃｒ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｄｙ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｌｕであり、Ｉｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗがより好ましい。また、耐熱性向上だけでなく電気抵抗率低減化も勘案して好ましいのは、Ｌａ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｙ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕであり、Ｌａ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｍｎがより好ましい。

本発明では、更に、グループＺに属する元素（Ｓｉおよび／またはＧｅ）を０．１〜２原子％含有するＡｌ−Ｎｉ−Ｘ−Ｚ合金を用いても良い。これにより、接触抵抗、電気抵抗率、および耐熱性が一層向上するようになる。

上記グループＺに属する元素の含有量が０．１原子％未満の場合、上記作用を有効に発揮することができない。一方、上記グループＺに属する元素の含有量が２原子％を超えると、上記作用は向上する反面、反射率の低下や電気抵抗率の増大を招く。グループＺに属する元素の含有量は、０．２原子％以上０．８原子％以下であることが好ましい。これらの元素は、単独で添加しても良く、２種を併用してもよい。２種の元素を添加するときは、各元素の合計の含有量が上記範囲を満足するように制御すればよい。

これらのＡｌ−Ｎｉ合金薄膜は、蒸着法やスパッタリング法などによって形成することが好ましく、スパッタリング法によって形成することがより好ましい。

以下、図５および図６を参照しながら、上記のＡｌ−Ｎｉ系合金から構成される反射電極を備えた表示デバイスの動作原理を詳しく説明する。ここでは、透明画素電極としてＩＴＯ膜を用いた例を示しているが、これに限定されず、透明画素電極に通常使用される酸化物導電膜（例えば、ＩＺＯ膜）などを用いても良い。また、図５および図６では、透過モードで表示を行なう透過領域と、反射モードで表示を行なう表示領域とを備えた半透過型表示デバイスを例にあげて説明するが、これに限定する趣旨ではなく、例えば、反射型表示デバイスに適用できることはいうまでもない。また、これらの図は、本発明の表示デバイスにおける動作原理を説明するための代表例を示したに過ぎず、透過領域と反射領域の態様を、これらに限定する趣旨では決してない。

図５において、画素領域Ｐは、ＩＴＯ膜１の上にＡｌ−Ｎｉ系合金薄膜２が直接積層された反射領域Ｃと、ＩＴＯ膜１からなる透過領域Ａとから構成されている。図５に示すように、周囲光からの入射光Ｂは、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜２の表面で反射されて画像が表示され（反射モード）、一方、バックライトからの光Ｆは、ＩＴＯ膜１を通過して画像が表示される（透過モード）。

図６において、画素領域Ｐは、Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜２の上にＩＴＯ膜１が直接積層された反射領域Ｃと、ＩＴＯ膜１からなる透過領域Ａとから構成されている。図６に示すように、周囲光からの入射光Ｂは、ＩＴＯ膜１とＡｌ−Ｎｉ系合金薄膜２との表面で反射されて反射モードが表示され、バックライトからの光Ｆは、ＩＴＯ膜１を通過して透過モードが表示される。図６と前述した図５とは、ＩＴＯ膜１がＡｌ−Ｎｉ系合金薄膜２の下側に配置されているか（図５）、ＩＴＯ膜１がＡｌ−Ｎｉ系合金薄膜２の上側に配置されているか（図６）の点で大きく相違している。

本発明のＡｌ−Ｎｉ系合金薄膜を用いれば、図５および図６のいずれの実施形態においても、Ｍｏなどのバリアメタル層を介在させた従来のＡｌ合金薄膜を用いたときと同等レベル以上の、高い反射率や低い電気抵抗率が得られることが実験により確認された。これらの優れた特性は、約２５０℃といった比較的低い温度で熱処理を行なった場合でも維持されており、更には、耐熱性も改善され得ることが分かった。従って、本発明の反射電極を用いれば、バリアメタル層の省略によって製造工程を簡略化でき、製造コストを低減できるほか、表示品位の高い表示デバイスを提供することができる。

本発明の表示デバイスを製造する方法は、透明電極と反射電極との間のバリアメタル層を形成しなかったこと以外は、従来汎用されている方法を採用することができる。

以下では、図７を参照しながら、図５に示す反射領域と透過領域とを備えたＴＦＴ基板の作製方法を説明する。ここでは、Ａｌ−Ｎｉ系合金として、２．０原子％のＮｉを含有するＡｌ−Ｎｉ合金を使用した。

まず、ガラス基板１ａ上に、スパッタリング法を用いて、厚さ２５０ｎｍ程度のＡｌ系合金薄膜（Ａｌ−２．０原子％Ｎｄ）および厚さ５０ｎｍ程度のＭｏ薄膜５２を順次積層する。スパッタリングの成膜温度は、室温とした。この積層薄膜をパターニングすることにより、ゲート電極２６および走査線２５を形成する（図７（ａ））。このとき、後記する図７（ｂ）に示す工程において、ゲート絶縁膜２７のカバレッジ性が良くなるように、上記積層薄膜の周縁を約３０°〜６０°のテーパー状にエッチングしておくのがよい。

次いで、図７（ｂ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ法などの方法を用いて、厚さ約３００ｎｍ程度のシリコン窒化膜（ゲート絶縁膜）２７を形成する。プラズマＣＶＤ法の成膜温度は、約３５０℃とした。続いて、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、シリコン窒化膜（ゲート絶縁膜）２７の上に、厚さ２００ｎｍ程度のノンドーピング水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ−Ｈ）５５および厚さ約８０ｎｍのリンをドーピングしたｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜（ｎ^＋ａ−Ｓｉ−Ｈ）５６を順次積層する。ｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜は、例えば、ＰＨ_３ガスを所定分圧添加したプラズマＣＶＤ法を行うことによって形成される。

このようにして形成された水素化アモルファスシリコン膜５５およびｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜５６を、図７（ｃ）に示すようにパターニングする。

次に、図７（ｄ）に示すように、スパッタリング法を用いて、厚さ３００ｎｍ程度のＡｌ−２．０原子％Ｎｉ合金膜と厚さ５０ｎｍ程度のＭｏ膜５４とを順次積層する。スパッタリングの成膜温度は、室温とした。本実施例によれば、従来のように、アモルファスシリコン薄膜の下にＭｏの下部バリアメタル層を介在させなくても、下部バリアメタル層を介在させたときとほぼ同程度のオフ電流を実現することができる。なお、本実施例では、Ａｌ−２．０原子％Ｎｉ合金膜の上にＭｏ膜５４を積層しているが、Ｍｏ膜５４を省略することもできる。

このような積層薄膜をパターニングすることにより、信号線と一体のソース電極２８と、ドレイン電極２９とが形成される（図７（ｄ））。更に、ソース電極２８およびドレイン電極２９をマスクとして、ｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜５６をドライエッチングして除去する（図７（ｄ））。

そして、図７（ｅ）に示すように、例えばプラズマＣＶＤ装置などを用いて厚さ３００ｎｍ程度のシリコン窒化膜（保護膜）３０を形成する。このときの成膜は、約２００℃で行なった。次に、シリコン窒化膜３０にドライエッチング等を行うことによってコンタクトホール３２を形成する。

次に、例えば酸素プラズマによるアッシング工程を経た後、例えばアミン系等の剥離液を用いてフォトレジスト層（不図示）を剥離する。次いで、図７（ｆ）に示すように厚さ５０ｎｍ程度のＩＴＯ膜（酸化インジウムに１０質量％の酸化スズを添加）を成膜した後、ウェットエッチングによるパターニングを行って透明画素電極５を形成する。

次に、スパッタリング法を用いて、厚さ３００ｎｍ程度のＡｌ−２原子％Ｎｉ合金膜を形成する（不図示）。スパッタリングの成膜温度は、室温とした。次に、フォトレジストパターンを形成してパターニングを行なった後、フォトレジストパターンを除去すると、透過領域と反射領域とを備えたＴＦＴ基板が完成する（不図示）。

なお、フォトレジスト剥離工程で用いられるアミン系の剥離液は、各種メタル材料のエッチング後に残留する変質膜やポリマー被膜除去の目的で一般に使用される剥離液であれば特に限定されず、例えば、主成分としてモノエタノールアミンを５〜７０質量％程度、より好ましくは２５〜７０質量％程度含むものが好ましい。その他、ヒドロキシルアミンなどのアミン系主体の剥離液や、アミン系の主成分に加えて５〜２５質量％程度の水を含む剥離液を用いることもできるが、これらは高価であり、Ａｌ−Ｎｉ系合金に対するエッチング速度も速いので、制御がやや難しい。

上記では、透明画素電極５として、ＩＴＯ膜を用いたが、ＩＺＯ膜を用いてもよい。また、活性半導体層として、アモルファスシリコンの代わりにポリシリコンを用いてもよい。

以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。

実施例１
本実施例では、Ａｌ−１．０原子％Ｎｉ合金薄膜（本実施例では、Ａｌ−Ｎｉ合金と呼ぶ。）について、以下に示すように、反射率、接触抵抗、Ａｌ−Ｎｉ合金薄膜自体の電気抵抗率、および耐熱性を測定した。なお、Ａｌ中のＮｉ含有量は、ＩＣＰ発光分析（誘導結合プラズマ発光分析）法によって求めた。

具体的には、以下のスパッタリング条件でＡｌ−Ｎｉ合金薄膜（厚さ２００ｎｍ）を成膜し、下記（１）〜（４）の特性を測定した。
雰囲気ガス＝アルゴン、圧力＝３ｍＴｏｒｒ

（１）反射率（５５０ｎｍ）の測定
反射率は、日本分光株式会社製の可視・紫外分光光度計「Ｖ−５７０」を用い、測定波長：１０００〜２５０ｎｍの範囲における分光反射率を測定した。具体的には、基準ミラーの反射光強度に対して、試料の反射光高度を測定した値を「分光反射率」とした。

反射率の測定は、成膜直後（加熱処理前）と、２５０℃で３０分間真空加熱処理を行った後（加熱処理後）の両方について行なった。成膜直後および真空加熱後のいずれにおいても、５５０ｎｍでの反射率が８５％以上のものを良好、８５％未満のものを不良と評価した。

（２）接触抵抗の測定
ここでは、透明電極（画素電極）を構成する酸化物導電膜として、酸化インジウムに１０質量％の酸化スズを加えた酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を用い、以下のようにして接触抵抗を調べた。

図８に示すケルビンパターン（コンタクトホールサイズ：１００μｍ角）を作製し、４端子測定［ＩＴＯ−Ａｌ合金に電流を流し、別の端子でＩＴＯ（またはＩＺＯ）−Ａｌ−Ｎｉ合金間の電圧降下を測定する方法］を行った。具体的には、図８のＩ₁−Ｉ₂間に電流Ｉを流し、Ｖ₁−Ｖ₂間の電圧Ｖをモニターすることにより、接触部Ｃの接触抵抗Ｒを［Ｒ＝（Ｖ₂−Ｖ₁）／Ｉ₂］として求めた。

接触抵抗の測定は、成膜直後と、２５０℃で３０分間真空加熱処理を行った後の両方について行なった。成膜直後および真空加熱後のいずれにおいても、１００μｍ角コンタクトホールにおける接触抵抗が３ｋΩ以下のものを良好、３ｋΩ超のものを不良と評価した。

（３）Ａｌ合金薄膜自体の電気抵抗率の測定
Ａｌ合金薄膜自体の電気抵抗率を、ケルビンパターンを用いて４端子法で測定し、電気抵抗率が７μΩ・ｃｍ以下のものを良好、７μΩ・ｃｍ超のものを不良と評価した。

（４）耐熱性の測定法：
ガラス基板上に、スパッタリング法によって厚さ約１５０ｎｍのＡｌ−Ｎｉ合金薄膜を形成した。スパッタリング条件は以下のとおりである。
雰囲気ガス＝アルゴン、圧力＝３ｍＴｏｒｒ

次に、１０μｍ幅のラインアンドスペースパターンを形成し、２５０℃で３０分間の真空加熱処理を行なった後、表面をＳＥＭ（倍率１０，０００倍）観察し、直径０．１μｍ以上のヒロックの個数をカウントした。ヒロック密度が１×１０⁹個／ｍ²以下のものを耐熱性が良好と評価し、１×１０⁹個／ｍ²超のものを不良と評価した。

その結果は、以下のとおりである。
反射率 ：加熱処理前（８８％）→加熱処理後（９０％超）
接触抵抗 ：加熱処理前（２５０〜３０００Ω）→加熱処理後（１０〜８００Ω）
電気抵抗率 ：３．８μΩ・ｃｍ
ヒロック密度：８×１０⁸個／ｍ²

なお、比較のため、ＩＴＯ膜とＡｌ−Ｎｉ合金薄膜との間にＭｏのバリアメタル層を介在させたものを用意し、上記と同様にして反射率および電気抵抗率を測定した。その結果、接触抵抗は、上記のＡｌ−Ｎｉ合金を用いたとき（バリアメタル層なし）と、おおむね、同程度であったが、反射率は、加熱の有無にかかわらず約７０％未満と、大きく低下した。

このように、上記のＡｌ−Ｎｉ合金は、従来のようにＩＴＯ膜との間にバリアメタル層を介在させなくても低い接触抵抗が得られるほか、反射率も高く、膜自体の電気抵抗率も低い。また、上記のＡｌ−Ｎｉ合金を２５０℃で加熱した後も、高い反射率と低い接触抵抗は維持されていることも確認された。

実施例２
本実施例では、Ａｌ−２．０原子％Ｎｉ−０．３原子％Ｌａ合金（本実施例では、Ａｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金と略記する。）を用いたこと以外は、前述した実施例１と同様にして前記（１）〜（４）の特性を調べた。

その結果は、以下のとおりである。
反射率 ：加熱処理前（８８％）→加熱処理後（９０％超）
接触抵抗 ：加熱処理前（２００〜２０００Ω）→加熱処理後（１０〜８００Ω）
電気抵抗率 ：３．５μΩ・ｃｍ
ヒロック密度：１×１０⁹個／ｍ²

また、比較のため、ＩＴＯ膜とＡｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金薄膜との間にＣｒのバリアメタル層を介在させたものを用意し、上記と同様にして反射率および電気抵抗率を測定した。その結果、接触抵抗は、上記のＡｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金を用いたとき（バリアメタル層なし）と、おおむね、同程度であったが、反射率は、加熱の有無にかかわらず約７０％未満と、大きく低下した。

このように、上記のＡｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金は、従来のようにＩＴＯ膜との間にバリアメタル層を介在させなくても低い接触抵抗が得られるほか、反射率も高く、膜自体の電気抵抗率も低い。また、上記のＡｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金を２５０℃で加熱した後も、高い反射率と低い接触抵抗は維持されており、しかも、実施例１のＡｌ−Ｎｉ合金に比べ、耐熱性が一層向上することも確認された。

実施例３
本実施例では、Ａｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金薄膜について、Ｎｉの含有量を０．２〜２．０原子％の範囲で種々変化させたときの反射率および接触抵抗を測定した。

具体的には、以下のスパッタリング条件で、Ａｌ−ｘ原子％Ｎｉ−０．３５原子％Ｌａ合金薄膜（ｘ＝０．２原子％、１．０原子％、２．０原子％）、および比較のために純Ａｌ薄膜（いずれも厚さ１００ｎｍ）を成膜した。Ａｌ中のＮｉおよびＬａの含有量は、実施例１と同様、ＩＣＰ発光分析によって求めた。
雰囲気ガス＝アルゴン、圧力＝０．２〜０．５Ｐａ

上記の各薄膜について、成膜直後（加熱処理前）の反射率と、真空加熱後（２００℃、２２０℃、２５０℃において３０分間加熱）の反射率を測定した。反射率は、実施例１と同様にして、測定波長：１０００〜２５０ｎｍの範囲における分光反射率を測定した。

図９〜図１２は、それぞれ、成膜直後、２００℃の真空加熱後、２２０℃の真空加熱後、２５０℃の真空加熱後における各薄膜の反射率の推移（波長：８５０〜２５０ｎｍ）を示すグラフである。実施例１と同様、５５０ｎｍでの反射率を基準としてみると、本実施例のＡｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金は、Ｎｉの含有量にかかわらず、成膜直後および真空加熱後のいずれにおいても、５５０ｎｍでの反射率は８５％超〜９０％近傍と、良好な反射特性を有していた。特に、Ｎｉ含有量が最も多いＡｌ−２．０原子％Ｎｉ−０．３５原子％Ｌａ合金では、成膜直後に比べ、加熱温度が高くなるにつれて反射率は上昇する傾向が見られ、２５０℃の真空加熱処理後における反射率は概ね９０％以上に達した。

また、上記の薄膜のうち、Ａｌ−２．０原子％Ｎｉ−０．３５原子％Ｌａ合金薄膜および純Ａｌ薄膜について、成膜直後における接触抵抗を測定した。接触抵抗は、実施例１において、コンタクトホールサイズ８０μｍ角を用いたこと以外は実施例１と同様にして測定した。

その結果、Ａｌ−２．０原子％Ｎｉ−０．３５原子％Ｌａ合金薄膜では、８×１０^−３Ω・ｃｍ^２の低接触抵抗率が得られたのに対し、純Ａｌ薄膜では、４×１０^−２Ω・ｃｍ^２と高くなった。

以上の結果より、本実施例のＡｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金を用いれば、従来のようにＩＴＯ膜との間にバリアメタル層を介在させなくても、Ｎｉの含有量にかかわらず、低い接触抵抗が得られるほか、高い反射率も得られることが分かった。また、上記のＡｌ−Ｎｉ−Ｌａ合金を２５０℃で加熱した後も、高い反射率は維持されることも確認された。

図１は、代表的な半透過型液晶表示装置の構成を示す分解斜視図である。 図２は、代表的な半透過型液晶表示装置の断面を模式的に示す図である。 図３は、本発明に用いられるＡｌ−Ｎｉ系合金薄膜と透明電極との接触界面にＮｉ含有析出物が生成している様子を模式的に示す図である。 図４は、本発明に用いられるＡｌ−Ｎｉ系合金薄膜と透明電極との接触界面にＮｉ濃化層が生成している様子を模式的に示す図である。 図５は、透過モードによる表示と反射モードによる表示の動作原理を模式的に示す図である。 図６は、透過モードによる表示と反射モードによる他の表示の動作原理を模式的に示す図である。 図７は、本発明に用いられるＴＦＴ基板の製造工程を示す工程図である。 図８は、Ａｌ合金薄膜と透明画素電極との間の接触抵抗の測定に用いたケルビンパターンを示す図である。 図９は、成膜直後における各種薄膜の反射率の推移を示すグラフである。 図１０は、２００℃の真空加熱後における各種薄膜の反射率の推移を示すグラフである。 図１１は、２２０℃の真空加熱後における各種薄膜の反射率の推移を示すグラフである。 図１２は、２５０℃の真空加熱後における各種薄膜の反射率の推移を示すグラフである。

符号の説明

１ ＩＴＯ膜
２ Ａｌ−Ｎｉ系合金薄膜
５ ゲート配線
７ データ配線
１１ 半透過型液晶表示装置
１３ 共通電極
１５ 対向基板
１６ ブラックマトリックス
１７ カラーフィルター
１９ 画素電極
１９ａ 透明電極（画素電極）
１９ｂ 反射電極
２１ ＴＦＴ基板２１
２３ 液晶層
４１ バックライト
５１ バリアメタル層
Ｔ スイッチング素子（ＴＦＴ）
Ｐ 画素領域
Ａ 透過領域
Ｂ 周囲光（人工光源）
Ｃ 反射領域
Ｆ バックライトからの光
１ａ ガラス基板
２５ 走査線
２６ ゲート電極
２７ ゲート絶縁膜（シリコン窒化膜）
２８ ソース電極
２９ ドレイン電極
３０ 保護膜（シリコン窒化膜）
３３ アモルファスシリコンチャネル膜（活性半導体膜）
５１、５２、５４ バリアメタル層
５５ ノンドーピング水素化アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ−Ｈ）
５６ ｎ^＋型水素化アモルファスシリコン膜（ｎ^＋ａ−Ｓｉ−Ｈ）

Claims (3)

1. Ｎｉを０．１〜２原子％含有するＡｌ−Ｎｉ合金の薄膜からなり、
   前記Ａｌ−Ｎｉ合金の薄膜は、酸化物導電膜と直接接続すると共に、
   前記Ａｌ−Ｎｉ合金の薄膜と前記酸化物導電膜との接触界面に、Ｎｉ含有析出物またはＮｉ濃化層が形成されており、前記Ｎｉ濃化層中のＮｉの平均濃度は、前記Ａｌ−Ｎｉ合金中のＮｉ含有量以上で、（Ｎｉ含有量＋８原子％以下）の範囲内であることを特徴とする表示デバイス用の反射電極。
2. 前記Ａｌ−Ｎｉ合金は、更に、Ｌａ，Ｍｇ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ｉｒ，Ｃｅ，Ｐｒ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｎｄ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｗ，Ｙ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，およびＬｕよりなる群から選択される少なくとも一種の元素を０．１〜２原子％含有する請求項１に記載の反射電極。
3. 請求項１または２に記載の反射電極を備えた表示デバイス。