JP7231487B2 - 反射アノード電極及びその製造方法、薄膜トランジスタ基板、有機ｅｌディスプレイ、並びにスパッタリングターゲット - Google Patents
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Description
本発明は、有機ＥＬディスプレイ（特に、トップエミッション型）において使用される反射アノード電極に関する。また、前記反射アノード電極を用いた薄膜トランジスタ基板及び有機ＥＬディスプレイ、並びに、前記反射アノード電極に含まれるＡｌ合金膜を形成するためのスパッタリングターゲットにも関する。
自発光型のフラットパネルディスプレイの１つである有機エレクトロルミネッセンス（以下、「有機ＥＬ」と記載する。）ディスプレイは、ガラス板などの基板上に有機ＥＬ素子をマトリックス状に配列して形成した全固体型のフラットパネルディスプレイである。有機ＥＬディスプレイでは、陽極（アノード）と陰極（カソード）とがストライプ状に形成されており、それらが交差する部分が画素（有機ＥＬ素子）にあたる。この有機ＥＬ素子に外部から数Ｖの電圧を印加して電流を流すことで、発光層を構成する有機分子を励起状態に押し上げ、それが元の基底状態（安定状態）へ戻るときに余分なエネルギーを光として放出する。この発光色は有機材料に固有のものである。
有機ＥＬ素子は、自己発光型かつ電流駆動型の素子であるが、その駆動方式にはパッシブマトリックス型（以下、単に「パッシブ型」と記載する。）とアクティブマトリックス型（以下、単に「アクティブ型」と記載する。）とがある。パッシブ型は構造が簡単であるが、フルカラー化が困難である。一方、アクティブ型は大型化が可能であり、フルカラー化にも適しているが、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）基板が必要となる。このＴＦＴ基板には低温多結晶シリコン膜（ｐ－Ｓｉ）もしくはアモルファスシリコン膜（ａ－Ｓｉ）などのＴＦＴが使われている。
アクティブ型の有機ＥＬディスプレイの場合、複数のＴＦＴや配線が障害となって、有機ＥＬ画素に使用できる面積が小さくなる。駆動回路が複雑となりＴＦＴが増えてくると、さらにその影響は大きくなる。
そこで最近では、基板の側から光を取り出すのではなく、上面側から光を取り出す構造（トップエミッション型）にすることで、開口率を改善する方法が注目されている。
一般的にトップエミッション型では、下面の陽極（アノード電極）には正孔注入に優れるＩＴＯ（酸化インジウムスズ；Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）が用いられる。また、上面の陰極（カソード電極）にも透明導電膜を使う必要があるが、ＩＴＯは、仕事関数が大きく電子注入には適さない。さらにＩＴＯは、スパッタリング法やイオンビーム蒸着法で成膜するため、成膜時のプラズマイオンや電子二次電子が電子輸送層（有機ＥＬ素子を構成する有機材料）にダメージを与えることが懸念される。そのため、陰極（カソード電極）では薄いＭｇ層や銅フタロシアニン層を電子輸送層上に形成することで、ダメージの回避と電子注入改善が行われる。
アクティブ型のトップエミッション型有機ＥＬディスプレイで用いられるアノード電極は、さらに、有機ＥＬ素子から放射された光を反射する目的を兼ねて、ＩＴＯやＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛；Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）に代表される透明酸化物導電膜に加えて反射膜を設け、前記透明酸化物導電膜と前記反射膜との積層構造とされる（反射アノード電極）。この反射アノード電極で用いられる反射膜は、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）や銀（Ａｇ）などの反射性金属膜であることが多い。例えば、既に量産されているトップエミッション型の有機ＥＬディスプレイにおける反射アノード電極には、透明酸化物導電膜であるＩＴＯ膜とＡｇ基合金膜との積層構造が採用されている。
このように、反射アノード電極の反射率を考慮すれば、ＡｇまたはＡｇを主成分として含むＡｇ基合金は反射率が高いため、反射膜として有用である。なお、Ａｇ基合金は、耐食性に劣るという特有の課題を抱えているが、その上に積層されるＩＴＯ膜で当該Ａｇ基合金膜を被覆することにより、上記課題を解消することができる。
しかし、Ａｇは材料コストが高いうえ、成膜に必要なスパッタリングターゲットの大型化が難しい。そのため、Ａｇ基合金膜を、大型テレビ向け等の大型機器用途としてアクティブマトリックス型のトップエミッション型有機ＥＬディスプレイ反射膜に適用するのは困難である。
これに対し、反射率のみを考慮すれば、Ａｌも反射膜として良好である。例えば特許文献１には、反射膜としてＡｌ膜またはＡｌ－Ｎｄ膜が開示されており、Ａｌ－Ｎｄ膜は反射効率が優秀で望ましい旨が記載されている。
しかし、Ａｌ膜やＡｌ－Ｎｄ膜を反射膜としてＩＴＯやＩＺＯなどの酸化物導電膜と直接接触させた場合、接触抵抗（コンタクト抵抗）が高くなることから、有機ＥＬ素子への正孔注入に充分な電流を供給することができない。それを回避するために、反射膜に、ＡｌではなくＭｏやＣｒの高融点金属を採用したり、Ａｌ反射膜と酸化物導電膜との間に前記高融点金属をバリアメタルとして設ける方法が考えられるが、それら方法では、反射率が大幅に劣化し、ディスプレイ特性である発光輝度の低下を招いてしまう。
そこで特許文献２では、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（反射膜）として、Ｎｉを０．１～２原子％含有するＡｌ－Ｎｉ合金膜が提案されている。これによれば、高い反射率と低い接触抵抗を実現できる。
また特許文献３では、Ａｇを０．１～６原子％含有するＡｌ基合金膜とすることによって、特許文献２と同様に、バリアメタル層を介さずに酸化物導電膜と直接接触させても低い接触抵抗と高い反射率を実現できるＡｌ基合金反射膜が提案されている。
さらに特許文献４では、Ｇｅを０．０５～０．５原子％含有し、Ｇｄおよび／またはＬａを合計で０．０５～０．４５原子％含有する表示デバイス用Ａｌ合金膜が提案されている。
上記に対し、トップエミッション型の有機ＥＬディスプレイにおいて、アノード電極としてＡｌ合金を使用した場合、酸素存在雰囲気下では不可避的にＡｌ合金表面に絶縁性の酸化膜が生成される。この酸化膜の絶縁性に起因して電流が流れにくくなるために、所定値以上の電流を流そうとすると、必要な電圧値が高くなる。そのため、同じ発光強度を維持する場合には、消費電力が高くなる。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、反射膜であるＡｌ合金膜を酸化物導電膜と直接接触させても低い接触抵抗と高い反射率を確保でき、また、耐熱性にも優れた有機ＥＬディスプレイ用の反射アノード電極を提供することを目的とする。
上記課題に対し、本発明者は、反射膜となるＡｌ合金膜が所定量のＳｉ及び少なくとも一種の希土類元素を含み、反射膜と酸化物導電膜との接触界面に介在する酸化物からなる層にもＳｉが含まれることにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明に係る有機ＥＬディスプレイ用の反射アノード電極は、Ａｌ合金膜及び酸化物導電膜を含み、前記Ａｌ合金膜及び前記酸化物導電膜の接触界面に酸化アルミニウムを主成分とする層を介在する積層構造からなり、前記Ａｌ合金膜は、Ｓｉ及び少なくとも一種の希土類元素を含み、前記Ｓｉの含有量をａ（原子％）、前記希土類元素の合計の含有量をｂ（原子％）とした場合に、０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝、０．２＜ａ＜３、及び０．１＜ｂの関係を満たし、かつ前記酸化アルミニウムを主成分とする層はＳｉを含むことを特徴とする。
本発明の好ましい実施形態において、前記希土類元素はＮｄ及びＬａの少なくともいずれか一方を含む。
本発明の好ましい実施形態において、前記酸化物導電膜の膜厚は５～３０ｎｍである。
本発明の好ましい実施形態において、前記Ａｌ合金膜はスパッタリング法で形成される。
本発明の好ましい実施形態において、前記Ａｌ合金膜は、薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極に電気的に接続されている。
本発明の好ましい実施形態において、前記酸化物導電膜の膜厚は５～３０ｎｍである。
本発明の好ましい実施形態において、前記Ａｌ合金膜はスパッタリング法で形成される。
本発明の好ましい実施形態において、前記Ａｌ合金膜は、薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極に電気的に接続されている。
また、本発明には、上記いずれかの反射アノード電極を含む薄膜トランジスタ基板や、前記薄膜トランジスタ基板を含む有機ＥＬディスプレイも含まれる。
さらに、本発明には、上記いずれかの反射アノード電極に含まれるＡｌ合金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、Ｓｉの含有量をａ（原子％）、希土類元素の合計の含有量をｂ（原子％）とした場合に、０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝、０．２＜ａ＜３、及び０．１＜ｂの関係を満たす、スパッタリングターゲットも含まれる。
本発明に係る有機ＥＬディスプレイ用の反射アノード電極によれば、反射膜であるＡｌ合金膜を酸化物導電膜と直接接触させ、その間に酸化アルミニウムを主成分とする層が存在しても、低い接触抵抗と高い反射率を確保できる。また、耐熱性にも優れることから、表面荒れ（ヒロック）の無いものとすることができる。
この反射アノード電極を薄膜トランジスタ基板、ひいては有機ＥＬディスプレイに用いることによって、有機発光層に効率良く電流を流すことができ、更には、前記有機発光層から放射された光を反射膜によって効率良く反射できることから、発光輝度にも優れた有機ＥＬディスプレイを実現することができる。
以下、本発明を実施するための形態（本実施形態）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
（有機ＥＬディスプレイ）
まず、図１を用いて、本実施形態の反射アノード電極を用いた有機ＥＬディスプレイの概略を説明する。なお、本実施形態に用いられるＡｌ合金膜はＡｌ－Ｓｉ－ＲＥＭ合金膜（ＲＥＭは１種以上の希土類元素を意味する。）であるが、以下では、当該Ａｌ－Ｓｉ－ＲＥＭ合金膜を、単に「Ａｌ合金膜」と称する。
まず、図１を用いて、本実施形態の反射アノード電極を用いた有機ＥＬディスプレイの概略を説明する。なお、本実施形態に用いられるＡｌ合金膜はＡｌ－Ｓｉ－ＲＥＭ合金膜（ＲＥＭは１種以上の希土類元素を意味する。）であるが、以下では、当該Ａｌ－Ｓｉ－ＲＥＭ合金膜を、単に「Ａｌ合金膜」と称する。
基板１上にＴＦＴ２およびパシベーション膜３が形成され、さらにその上に平坦化層４が形成される。ＴＦＴ２上にはコンタクトホール５が形成され、コンタクトホール５を介してＴＦＴ２のソース・ドレイン電極（図示せず）とＡｌ合金膜６とが電気的に接続されている。
Ａｌ合金膜６に接触するように、Ａｌ合金膜６の直上には酸化物導電膜７が形成される。しかし実際には、Ａｌ合金膜６と酸化物導電膜７との接触界面には酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とする層（図示せず）が形成され、介在することとなる。なお、「酸化アルミニウムを主成分とする層」における主成分とは、層中に最も多く含まれる成分を意味し、具体的には、層の全質量に対して７０質量％以上含まれる成分であることを意味する。
Ａｌは非常に酸化されやすいことから、雰囲気中の酸素と容易に結合してＡｌ合金膜表面に酸化アルミニウムを含む層が形成され易い。また、Ａｌ合金膜と酸化物導電膜を接触させた場合には、酸化物導電膜からＡｌが酸素を奪い、その接触界面に酸化アルミニウムを主成分とする層が形成され易い。この酸化アルミニウムを主成分とする層は絶縁性であるため、本来はＡｌ合金膜と酸化物導電膜とのコンタクト抵抗（接触抵抗）の上昇を招く。
しかしながら、本実施形態では、Ａｌ合金膜に特定量のＳｉを含有することにより、形成される酸化アルミニウムを主成分とする層にもＳｉが含まれることとなる。このとき、Ｓｉは酸化アルミニウムを主成分とする層中で金属結合の結合形態で存在しているものと推測され、このＳｉの存在により、Ａｌ合金膜と酸化物導電膜との低いコンタクト抵抗が確保できるものと考えられる。
酸化アルミニウムを主成分とする層におけるＳｉの存在は、例えば、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）や、ＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分光）分析を組み合わせた透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）（ＴＥＭ－ＥＤＸ）を用いた反射アノード電極の断面観察によって確認することができる。
前記層中に含まれるＳｉの含有量を実際に測定することは難しいが、ＴＥＭ－ＥＤＸを用いた反射アノード電極の断面観察において、Ｓｉが０．８原子％以上となることが好ましい。
前記層中に含まれるＳｉの含有量を実際に測定することは難しいが、ＴＥＭ－ＥＤＸを用いた反射アノード電極の断面観察において、Ｓｉが０．８原子％以上となることが好ましい。
Ａｌ合金膜６及び酸化物導電膜７は有機ＥＬ素子の反射電極として作用し、かつ、ＴＦＴ２のソース・ドレイン電極に電気的に接続されることから、酸化アルミニウムを主成分とする層を含むＡｌ合金膜６および酸化物導電膜７は、反射アノード電極として働く。
上記酸化物導電膜７の上に有機発光層８が形成され、さらにその上にカソード電極９が形成される。これらにより、基板、ＴＦＴ、パシベーション膜、平坦化層、コンタクトホール、Ａｌ合金膜、酸化アルミニウムを主成分とする層、酸化物導電膜、有機発光層、及びカソード電極を含む有機ＥＬディスプレイが得られる。
このような有機ＥＬディスプレイでは、有機発光層８から放射された光が本実施形態の反射アノード電極で効率よく反射されるので、優れた発光輝度を実現できる。なお、反射アノード電極の反射率は高いほどよく、波長４５０ｎｍの光に対する反射率が７９％以上であることが好ましく、８０％以上がより好ましく、８５％以上がさらに好ましい。
上記酸化物導電膜７の上に有機発光層８が形成され、さらにその上にカソード電極９が形成される。これらにより、基板、ＴＦＴ、パシベーション膜、平坦化層、コンタクトホール、Ａｌ合金膜、酸化アルミニウムを主成分とする層、酸化物導電膜、有機発光層、及びカソード電極を含む有機ＥＬディスプレイが得られる。
このような有機ＥＬディスプレイでは、有機発光層８から放射された光が本実施形態の反射アノード電極で効率よく反射されるので、優れた発光輝度を実現できる。なお、反射アノード電極の反射率は高いほどよく、波長４５０ｎｍの光に対する反射率が７９％以上であることが好ましく、８０％以上がより好ましく、８５％以上がさらに好ましい。
（Ａｌ合金膜）
次に、本発明の反射アノード電極に用いられるＡｌ合金膜について説明する。
Ａｌ合金膜は、Ｓｉと少なくとも一種の希土類元素（ＲＥＭ）とを含有し、それらの比率はＡｌ合金膜に対するＳｉの含有量をａ（原子％）、ＲＥＭの合計の含有量をｂ（原子％）とした場合に、
０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝
０．２＜ａ＜３、かつ
０．１＜ｂ
の関係を満たすものである。
次に、本発明の反射アノード電極に用いられるＡｌ合金膜について説明する。
Ａｌ合金膜は、Ｓｉと少なくとも一種の希土類元素（ＲＥＭ）とを含有し、それらの比率はＡｌ合金膜に対するＳｉの含有量をａ（原子％）、ＲＥＭの合計の含有量をｂ（原子％）とした場合に、
０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝
０．２＜ａ＜３、かつ
０．１＜ｂ
の関係を満たすものである。
ａを０．２原子％超とすることにより、低接触抵抗確保に必要なＳｉの量とすることができ、駆動電圧が高くなるのを防ぐことができる。ａは０．５原子％超が好ましく、０．８原子％超がより好ましい。
また、ａを３原子％未満とすることにより、高い反射率を維持することができる。ａは２．５原子％未満が好ましく、１．５原子％未満がより好ましい。
また、ａを３原子％未満とすることにより、高い反射率を維持することができる。ａは２．５原子％未満が好ましく、１．５原子％未満がより好ましい。
ｂを０．１原子％超とすることにより、プロセスで受ける熱履歴により発生する表面荒れ（ヒロック）の発生を抑制することができる。表面荒れは、画素の短絡の原因になる。ｂは０．２原子％以上が好ましい。
また、ｂの上限は、０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝よりａの値で制限されることとなるが、１原子％未満が好ましく、０．５原子％未満がより好ましい。
また、ｂの上限は、０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝よりａの値で制限されることとなるが、１原子％未満が好ましく、０．５原子％未満がより好ましい。
｛ａ／（ａ＋ｂ）｝で表される比を０．６２超とすることにより、低い接触抵抗を維持することができる。これは、Ａｌ合金膜中に含まれるＳｉと希土類元素とが化合物を作り、酸化アルミニウムを主成分とする層においてＳｉの濃化がしにくくなるのを防ぐことができるためと考えられる。｛ａ／（ａ＋ｂ）｝で表される比は、０．７超が好ましく、０．８超がより好ましい。
また、｛ａ／（ａ＋ｂ）｝で表される比は、反射率確保の点から、０．９未満が好ましい。
また、｛ａ／（ａ＋ｂ）｝で表される比は、反射率確保の点から、０．９未満が好ましい。
Ａｌ合金膜に含まれる希土類元素としては、Ｌａ、Ｃｅ、Ｎｄ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｔｂ等が挙げられる。またこれらの元素は同時に複数種類の元素を添加してもよい。中でも、Ｎｄ、Ｌａが好ましく、Ｎｄ及びＬａの少なくともいずれか一方を含むことがより好ましい。
Ａｌ合金膜には、Ａｌ、Ｓｉ及びＲＥＭの他、本発明の効果を損なわない範囲内で他の元素を含んでいてもよい。
他の元素としては、例えばＧｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ等が挙げられる。これら他の元素と不純物の合計の含有量は、Ａｌ合金膜に対して１．０原子％以下が好ましく、０．７原子％以下がより好ましい。
他の元素としては、例えばＧｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ等が挙げられる。これら他の元素と不純物の合計の含有量は、Ａｌ合金膜に対して１．０原子％以下が好ましく、０．７原子％以下がより好ましい。
Ａｌ合金膜の膜厚は、反射率確保の点から５０ｎｍ以上が好ましく、１００ｎｍ以上がより好ましい。また、Ａｌ合金膜の膜厚は配線加工性や生産性の点から３００ｎｍ以下が好ましく、２００ｎｍ以下がより好ましい。
Ａｌ合金膜は、スパッタリング法または真空蒸着法で形成することが好ましく、スパッタリング法にてスパッタリングターゲット（以下「ターゲット」ということがある。）を用いて形成することが、成分や膜厚の膜面内均一性に優れた薄膜を容易に形成できることからより好ましい。
スパッタリング法によりＡｌ合金膜を形成するには、上記ターゲットとして、前述した元素（Ｓｉ及びＲＥＭ）を含むものであって、所望のＡｌ合金膜と同一組成のＡｌ合金スパッタリングターゲットを用いればよい。かかるターゲットを用いることにより、得られるＡｌ合金膜の組成がずれるおそれがなく、所望の成分組成のＡｌ合金膜を形成することができる。
従って、前記反射アノード電極に含まれるＡｌ合金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、前記Ａｌ合金膜と同じ組成のスパッタリングターゲットも本発明の範囲内に包含される。
詳細には、前記反射アノード電極に含まれるＡｌ合金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、Ｓｉの含有量をａ（原子％）、希土類元素の合計の含有量をｂ（原子％）とした場合に、０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝、０．２＜ａ＜３、及び０．１＜ｂの関係を満たす、スパッタリングターゲットである。
なお、ターゲットの組成やａ及びｂで表される含有量の好ましい態様は、前記Ａｌ合金膜における組成やａ及びｂで表される含有量の好ましい態様とそれぞれ同様である。
詳細には、前記反射アノード電極に含まれるＡｌ合金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、Ｓｉの含有量をａ（原子％）、希土類元素の合計の含有量をｂ（原子％）とした場合に、０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝、０．２＜ａ＜３、及び０．１＜ｂの関係を満たす、スパッタリングターゲットである。
なお、ターゲットの組成やａ及びｂで表される含有量の好ましい態様は、前記Ａｌ合金膜における組成やａ及びｂで表される含有量の好ましい態様とそれぞれ同様である。
ターゲットの形状は、スパッタリング装置の形状や構造に応じて任意の形状（角型プレート状、円形プレート状、ドーナツプレート状など）に加工したものが含まれる。
ターゲットの製造方法としては、溶解鋳造法、粉末焼結法、スプレイフォーミング法等により、Ａｌ基合金からなるインゴットを製造して得る方法や、Ａｌ基合金からなるプリフォーム（最終的な緻密体を得る前の中間体）を製造した後、該プリフォームを緻密化手段により緻密化して得られる方法が挙げられる。
ターゲットの製造方法としては、溶解鋳造法、粉末焼結法、スプレイフォーミング法等により、Ａｌ基合金からなるインゴットを製造して得る方法や、Ａｌ基合金からなるプリフォーム（最終的な緻密体を得る前の中間体）を製造した後、該プリフォームを緻密化手段により緻密化して得られる方法が挙げられる。
スパッタリング法における基板温度は基板上の水分やガスの吸着抑制の点から２５℃以上が好ましく、また、Ａｌ合金の表面平滑性確保の点から２００℃以下が好ましく、１５０℃以下がより好ましい。
（酸化物導電膜）
本実施形態に用いられる酸化物導電膜は特に限定されず、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの通常用いられるものが挙げられるが、低抵抗や抵抗の安定性の点から、好ましくは酸化インジウム錫である。
本実施形態に用いられる酸化物導電膜は特に限定されず、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）などの通常用いられるものが挙げられるが、低抵抗や抵抗の安定性の点から、好ましくは酸化インジウム錫である。
酸化物導電膜の膜厚は、酸化物導電膜にピンホールが発生し、ダークスポットの原因となることを防ぐ観点から５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましい。一方、反射アノード電極とした際の反射率の低下を防止する観点から、酸化物導電膜の膜厚は３０ｎｍ以下が好ましく、２０ｎｍ以下がより好ましい。
酸化物導電膜は、成分や膜厚の膜面内均一性に優れた薄膜を容易に形成できることからスパッタリング法により成膜することが好ましい。
（反射アノード電極）
上記で得られた反射アノード電極は、優れた反射率および低い接触抵抗に加えて、上層に位置する酸化物透明導電膜の仕事関数が、汎用のＡｇ基合金を用いたときと同程度に制御され、耐熱性にも優れるため、有機ＥＬディスプレイに用いられる。
上記で得られた反射アノード電極は、優れた反射率および低い接触抵抗に加えて、上層に位置する酸化物透明導電膜の仕事関数が、汎用のＡｇ基合金を用いたときと同程度に制御され、耐熱性にも優れるため、有機ＥＬディスプレイに用いられる。
反射アノード電極の反射率は高いほどよく、波長４５０ｎｍの光に対する反射率が７９％以上であることが好ましく、８０％以上がより好ましく、８５％以上がさらに好ましい。
また、低い接触抵抗とは、後述の実施例に記載の方法、すなわちコンタクトホールサイズが８０×８０μｍであるケルビンパターンを用いた４端子法による測定で、接触抵抗が１０ｋΩ・ｍｍ２以下であることが好ましく、２ｋΩ・ｍｍ２以下がより好ましい。
また、低い接触抵抗とは、後述の実施例に記載の方法、すなわちコンタクトホールサイズが８０×８０μｍであるケルビンパターンを用いた４端子法による測定で、接触抵抗が１０ｋΩ・ｍｍ２以下であることが好ましく、２ｋΩ・ｍｍ２以下がより好ましい。
前記Ａｌ合金膜が薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極に電気的に接続されている反射アノード電極も本実施形態の好ましい態様として挙げることができ、さらには、反射アノード電極を含む薄膜トランジスタ基板や、前記薄膜トランジスタ基板を含む有機ＥＬディスプレイも本実施形態の好ましい態様として挙げられる。
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって制限されず、その趣旨に適合し得る範囲で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包含される。
（反射アノード電極の作製）
無アルカリ硝子板（板厚：０．７ｍｍ）を基板として、その表面に反射膜であるＡｌ合金膜（膜厚２００ｎｍ）をスパッタリング法によって成膜した。スパッタリング条件は、基板温度２５℃、圧力０．２６Ｐａとし、直流電源を用いて５～２０Ｗ／ｃｍ２でＡｌ合金ターゲットを使用した。なお、スパッタリングターゲット及び形成されたＡｌ合金膜の組成のうち、Ｓｉ、Ｎｄ及びＬａの含有量（原子％）は表１に示すとおりであり、残部はＡｌ及び不純物である。この組成は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析により同定した。
無アルカリ硝子板（板厚：０．７ｍｍ）を基板として、その表面に反射膜であるＡｌ合金膜（膜厚２００ｎｍ）をスパッタリング法によって成膜した。スパッタリング条件は、基板温度２５℃、圧力０．２６Ｐａとし、直流電源を用いて５～２０Ｗ／ｃｍ２でＡｌ合金ターゲットを使用した。なお、スパッタリングターゲット及び形成されたＡｌ合金膜の組成のうち、Ｓｉ、Ｎｄ及びＬａの含有量（原子％）は表１に示すとおりであり、残部はＡｌ及び不純物である。この組成は、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析により同定した。
上記で得られたＡｌ合金膜上に、酸化物導電膜として、Ｉｎ－Ｓｎ－Ｏ（Ｓｎ：１０質量％）薄膜（ＩＴＯ薄膜）をスパッタリング法により１０ｎｍの膜厚で積層した。スパッタリング条件は、基板温度を室温（約２５℃）、圧力０．２６Ｐａとし、直流電源を用いて２～４Ｗ／ｃｍ２で行った。
その後、窒素雰囲気中において２５０℃で一時間保持することで熱処理（ポストアニール）を行い、反射アノード電極を作製した。
その後、窒素雰囲気中において２５０℃で一時間保持することで熱処理（ポストアニール）を行い、反射アノード電極を作製した。
（酸化アルミニウムを主成分とする層の同定）
得られた反射アノード電極について、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によりＡｌ合金膜と酸化物導電膜との間に酸化アルミニウムを主成分とする層が存在し、かつ当該層中にＳｉが金属結合の結合状態で含まれていることを確認した。
また、エネルギー分散型Ｘ線分光分析を組み合わせた透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ－ＥＤＸ）（ＴＥＭ観察装置：日本電子製 電界放出形透過電子顕微鏡 ＪＥＭ－２０１０Ｆ、取得カメラ：Ｇａｔａｎ製 ＣＣＤ ＵｌｔｒａＳｃａｎ、ＥＤＸ分析装置：日本電子製 ＪＥＤ－２３００Ｔ ＳＤＤ（ＪＥＭ－２０１０Ｆ付属））を用い、加速電圧２００ｋＶ、ビーム径（ＥＤＸ分析）直径約１ｎｍの条件により、反射アノード電極の断面観察を行った。例えば、実施例２の反射アノード電極に対しては、電極表面（上層側）から５ｎｍ、１２ｎｍ、１５ｎｍ及び４０ｎｍの深さである４箇所について断面観察を行い、得られたＴＥＭ画像及びＥＤＸスペクトルから、それぞれ酸化導電膜、酸化アルミニウムを主成分とする層、Ａｌ合金膜及びＡｌ合金膜に該当することを確認した。
実施例２における酸化アルミニウムを主成分とする層のＥＤＸスペクトルを図３に示す。図３より、Ａｌ及びＯのピークと、それらの含有量（原子％、ａｔ％）から、酸化アルミニウムを主成分とする層のスペクトルであることが分かる。当該層にはＳｉのピークも確認され、その含有量は２．５原子％であった。
得られた反射アノード電極について、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）によりＡｌ合金膜と酸化物導電膜との間に酸化アルミニウムを主成分とする層が存在し、かつ当該層中にＳｉが金属結合の結合状態で含まれていることを確認した。
また、エネルギー分散型Ｘ線分光分析を組み合わせた透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ－ＥＤＸ）（ＴＥＭ観察装置：日本電子製 電界放出形透過電子顕微鏡 ＪＥＭ－２０１０Ｆ、取得カメラ：Ｇａｔａｎ製 ＣＣＤ ＵｌｔｒａＳｃａｎ、ＥＤＸ分析装置：日本電子製 ＪＥＤ－２３００Ｔ ＳＤＤ（ＪＥＭ－２０１０Ｆ付属））を用い、加速電圧２００ｋＶ、ビーム径（ＥＤＸ分析）直径約１ｎｍの条件により、反射アノード電極の断面観察を行った。例えば、実施例２の反射アノード電極に対しては、電極表面（上層側）から５ｎｍ、１２ｎｍ、１５ｎｍ及び４０ｎｍの深さである４箇所について断面観察を行い、得られたＴＥＭ画像及びＥＤＸスペクトルから、それぞれ酸化導電膜、酸化アルミニウムを主成分とする層、Ａｌ合金膜及びＡｌ合金膜に該当することを確認した。
実施例２における酸化アルミニウムを主成分とする層のＥＤＸスペクトルを図３に示す。図３より、Ａｌ及びＯのピークと、それらの含有量（原子％、ａｔ％）から、酸化アルミニウムを主成分とする層のスペクトルであることが分かる。当該層にはＳｉのピークも確認され、その含有量は２．５原子％であった。
（反射率）
反射アノード電極（熱処理後）について、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、試料の反射光強度を測定した値を「反射率」とした。測定波長４５０ｎｍでの反射率を表１に示すが、当該反射率は７９％以上であれば良好であり、合格とした。
反射アノード電極（熱処理後）について、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、試料の反射光強度を測定した値を「反射率」とした。測定波長４５０ｎｍでの反射率を表１に示すが、当該反射率は７９％以上であれば良好であり、合格とした。
（耐熱性）
反射アノード電極（熱処理後）の耐熱性の評価は光学顕微鏡で表面を観察し、倍率１０００倍で凹凸（表面荒れ、ヒロック）の有無を確認することで行った。具体的には、任意の１４０×１００μｍの範囲内における、直径１μｍ以上のヒロックの数が５個未満のものを「ヒロック無し」と判定して良好（○）とし、５個以上のものを「ヒロック有り」と判定して不良（×）とした。
なお、反射アノード電極の耐熱性として、熱処理後の電極表面についての微分干渉顕微鏡による観察も行い、表面荒れ（ヒロック）の有無を確認した。その結果、上記光学顕微鏡の表面観察で良好（○）と判定された反射アノード電極は、いずれも平滑な表面であることが確認された。
反射アノード電極（熱処理後）の耐熱性の評価は光学顕微鏡で表面を観察し、倍率１０００倍で凹凸（表面荒れ、ヒロック）の有無を確認することで行った。具体的には、任意の１４０×１００μｍの範囲内における、直径１μｍ以上のヒロックの数が５個未満のものを「ヒロック無し」と判定して良好（○）とし、５個以上のものを「ヒロック有り」と判定して不良（×）とした。
なお、反射アノード電極の耐熱性として、熱処理後の電極表面についての微分干渉顕微鏡による観察も行い、表面荒れ（ヒロック）の有無を確認した。その結果、上記光学顕微鏡の表面観察で良好（○）と判定された反射アノード電極は、いずれも平滑な表面であることが確認された。
（接触抵抗）
Ａｌ合金膜と酸化物導電膜との接触抵抗（コンタクト抵抗）は、図２に示すケルビンパターンを使用した。ケルビンパターンは、上記Ａｌ合金膜を成膜した後、続けて酸化物導電膜であるＩｎ－Ｓｎ－Ｏ（Ｓｎ：１０質量％）薄膜を１０ｎｍ積層し、配線パターンを形成した後、その表面にパシベーション膜であるＳｉＮ膜（膜厚：２００ｎｍ）をプラズマＣＶＤ（化学気相蒸着）装置によって成膜した。
成膜条件は、基板温度：２８０℃、ガス比：ＳｉＨ４／ＮＨ３／Ｎ２＝１２５／６／１８５、圧力：１３７Ｐａ、ＲＦパワー：１００Ｗとした。
成膜されたＳｉＮ膜をパターニングした後、その表面に、Ｍｏ膜（膜厚：３００ｎｍ）をスパッタリング法によって成膜し、更に成膜されたＭｏ膜をパターニングすることにより図２のケルビンパターンを得た。
Ａｌ合金膜と酸化物導電膜との接触抵抗（コンタクト抵抗）は、図２に示すケルビンパターンを使用した。ケルビンパターンは、上記Ａｌ合金膜を成膜した後、続けて酸化物導電膜であるＩｎ－Ｓｎ－Ｏ（Ｓｎ：１０質量％）薄膜を１０ｎｍ積層し、配線パターンを形成した後、その表面にパシベーション膜であるＳｉＮ膜（膜厚：２００ｎｍ）をプラズマＣＶＤ（化学気相蒸着）装置によって成膜した。
成膜条件は、基板温度：２８０℃、ガス比：ＳｉＨ４／ＮＨ３／Ｎ２＝１２５／６／１８５、圧力：１３７Ｐａ、ＲＦパワー：１００Ｗとした。
成膜されたＳｉＮ膜をパターニングした後、その表面に、Ｍｏ膜（膜厚：３００ｎｍ）をスパッタリング法によって成膜し、更に成膜されたＭｏ膜をパターニングすることにより図２のケルビンパターンを得た。
接触抵抗の測定法は、図２に示すケルビンパターン（コンタクトホールサイズ：８０μｍ角）を作製し、４端子測定（Ａｌ合金＼ＩＴＯ積層膜に電流を流し、別の端子でＡｌ合金＼ＩＴＯ積層膜間の電圧降下を測定する方法）を行なった。具体的には、図２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、コンタクト部の抵抗Ｒを［Ｒ＝（Ｖ１－Ｖ２）／Ｉ２］として求めた。抵抗Ｒにコンタクト部の面積を乗じて面積抵抗（Ω・ｍｍ２）に換算した値を接触抵抗とし、１０ｋΩ・ｍｍ２以下（１００００Ω・ｍｍ２以下）であるものを良好であり、合格とした。
得られた反射アノード電極のＡｌ合金膜の組成及び評価結果を表１にまとめて示す。なお、総合評価とは、上記反射率、耐熱性、接触抵抗のいずれもが良好である場合を○とし、ひとつでも不良であるものがある場合を×とした。また、Ａｌ合金膜における｛ａ／（ａ＋ｂ）｝を表中では｛Ｓｉ／（Ｓｉ＋ＲＥＭ）｝と表している。
以上のことから、Ａｌ合金膜にＳｉを含むことにより、Ａｌ合金膜と酸化物導電膜との間に介在する酸化アルミニウムを主成分とする層にもＳｉが含まれることが確認された。Ａｌ合金膜に含まれるＳｉ及び希土類元素の含有量を０．６２＜｛Ｓｉ／（Ｓｉ＋ＲＥＭ）｝、０．２＜Ｓｉ＜３、及び０．１＜ＲＥＭとすることにより、得られる反射アノード電極について、低い接触抵抗、高反射率、及び良好な耐熱性が実現することが確認された。
１ 基板
２ ＴＦＴ
３ パシベーション膜
４ 平坦化層
５ コンタクトホール
６ Ａｌ合金膜
７ 酸化物導電膜
８ 有機発光層
９ カソード電極
２ ＴＦＴ
３ パシベーション膜
４ 平坦化層
５ コンタクトホール
６ Ａｌ合金膜
７ 酸化物導電膜
８ 有機発光層
９ カソード電極
Claims (9)
- Ａｌ合金膜及び酸化物導電膜を含み、前記Ａｌ合金膜及び前記酸化物導電膜の接触界面に酸化アルミニウムを主成分とする層を介在する積層構造からなり、
前記Ａｌ合金膜は、Ｓｉ及び少なくとも一種の希土類元素を含み、前記Ｓｉの含有量をａ（原子％）、前記希土類元素の合計の含有量をｂ（原子％）とした場合に、
０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝、
０．２＜ａ＜３、及び
０．１＜ｂ
の関係を満たし、かつ
前記酸化アルミニウムを主成分とする層はＳｉを含む、反射アノード電極。 - 前記希土類元素がＮｄ及びＬａの少なくともいずれか一方を含む、請求項１に記載の反射アノード電極。
- 前記酸化物導電膜の膜厚が５～３０ｎｍである、請求項１又は２に記載の反射アノード電極。
- 前記Ａｌ合金膜が、薄膜トランジスタのソース・ドレイン電極に電気的に接続されている、請求項１～３のいずれか１項に記載の反射アノード電極。
- 有機ＥＬディスプレイに用いられる、請求項１～４のいずれか１項に記載の反射アノード電極。
- 請求項１～５のいずれか１項に記載の反射アノード電極を製造する方法であって、
前記Ａｌ合金膜をスパッタリング法で形成する、反射アノード電極の製造方法。 - 請求項１～５のいずれか１項に記載の反射アノード電極を含む、薄膜トランジスタ基板。
- 請求項７に記載の薄膜トランジスタ基板を含む、有機ＥＬディスプレイ。
- 請求項１～５のいずれか１項に記載の反射アノード電極に含まれるＡｌ合金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、
Ｓｉの含有量をａ（原子％）、希土類元素の合計の含有量をｂ（原子％）とした場合に、
０．６２＜｛ａ／（ａ＋ｂ）｝、
０．２＜ａ＜３、及び
０．１＜ｂ
の関係を満たす、スパッタリングターゲット。
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