JPH11212106A - 反射電極およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アルミニウムを合金化することにより、反射
型液晶表示パネルに用いられる粗面化した反射電極を低
温でかつ複雑な工程を経ることなく形成する。 【解決手段】 基板１の表面に、水素を含む非晶質シリ
コン層２およびアルミニウム層３を形成し、不活性雰囲
気中で２５０℃以上に加熱してアルミニウムとシリコン
との合金層４を形成し、この合金層４の結晶および結晶
粒界により、反射電極の表面を拡散面とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型の画像表示
機能を有する液晶表示パネルに用いられる反射電極およ
びその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】透過型の液晶表示パネルでは裏面からの
光源が必要とされるが、携帯型のパソコンや情報端末機
器においては、長時間の継続使用を可能にするために、
裏面光源を必要としない反射型液晶パネルを望む気運が
高まっている。反射型液晶パネルでは外部からの入射光
を利用するために、一方の基板上には反射電極が形成さ
れる。この反射電極の表面は、パネルに用いられる液晶
の種類によって鏡面とされる場合もあるが、例えばＰＣ
ＧＨ（Phase Change Guest Host）系の液晶を用いる場
合には凸凹を有する光拡散面とされる。

【０００３】金属の表面を光拡散面とするためには、サ
ンドブラストのような機械的な加工法を適用することも
できるが、この加工法では膜厚が１μｍ程度以下の金属
層に所望の形状や表面荒さを与えることは困難となる。
一方、アルミニウム層を４００℃以上に加熱するとアル
ミニウムの結晶化が進行して結晶粒界が成長し、表面が
荒れた状態となる現象が半導体プロセスの分野で知られ
ている。しかし、このヒロックと呼ばれる現象を反射電
極の粗面化に応用するには、基板や素子の耐熱性が問題
となる。例えば、単純系の液晶パネルにおいて用いられ
る基板はソーダ系ガラスが多く耐熱温度が低い。またア
クティブ系の液晶パネルにおいて殆どの場合用いられる
非晶質シリコンによるスイッチング素子は、３００℃以
上に加熱すると急激にトランジスタ特性が劣化する。こ
のような制約から、微小なレジストパターン等を用いた
特殊な食刻により反射電極表面に凸凹を形成する方法が
採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな食刻による方法では、製造工程が複雑になって加工
コストも高くなるという問題があった。この点は、反射
電極下に形成する絶縁層の表面を適当な手段で荒らす方
法を用いる場合も同様である。

【０００５】本発明は、上記従来の問題を解決すべく、
例えば食刻による方法よりも簡略化され、またスイッチ
ング素子等の劣化も少ない工程による反射電極の製造方
法、さらにはこの製造方法により製造されうる反射電極
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するべ
く、本発明の反射電極の製造方法は、基板の表面にアル
ミニウムを主成分とする層と水素を含む非晶質シリコン
層とを形成する工程と、前記両層を加熱することにより
シリコンとアルミニウムとの合金を形成する工程とを含
むことを特徴とする。

【０００７】このような製造方法とすることにより、従
来よりも低温で表面に凸凹を有する反射電極を製造する
ことができる。また、加熱工程により表面に凸凹を形成
するために、従来の特殊な食刻による方法のように複雑
な工程を必要とすることもない。

【０００８】上記方法においては、加熱により水素が脱
離したシリコンに、ダングリングボンド（化学的結合手
の空の状態）が生じ、このダングリングボンドとアルミ
ニウム原子とが結合して合金が形成される。このように
水素の脱離を利用して合金形成を行うため、上記方法に
よれば従来よりも低温で、具体的には２５０℃以上の温
度で合金形成を行うことができる。単結晶シリコンとア
ルミニウムとが合金を形成する温度が４５０℃以上であ
ることを考慮すれば、上記方法により２００℃以上も合
金形成のプロセスが低温下されていることがわかる。上
記方法によれば、この合金が結晶粒として成長し、この
結晶粒および結晶粒界が反射電極表面に微細な凸凹を形
成する。

【０００９】前記製造方法においては、前記表面に、前
記アルミニウムを主成分とする層と前記非晶質シリコン
層とをこの順に前記アルミニウムを主成分とする層が前
記非晶質シリコン層よりも厚くなるように形成し、前記
アルミニウムを主成分とする層の一部と前記非晶質シリ
コン層とにより前記合金を形成することが好ましい。こ
の好ましい例によれば、前記合金の下にアルミニウムを
主成分とする層が残存することになり、反射電極の黄色
化を抑制することができる。この方法は、反射電極の抵
抗の上昇の抑制にも有効である。

【００１０】このように本発明の反射電極は、少なくと
も表面に、シリコンとアルミニウムとの合金を含むこと
を特徴とする。この反射電極は、上記方法により製造さ
れうるものであって、上記反射電極の表面には、シリコ
ンとアルミニウムとの合金の結晶粒および結晶粒界によ
り凸凹が形成され、この凸凹が反射電極の光拡散面とな
るものである。

【００１１】また、この反射電極においては、上記のよ
うに、上記合金がアルミニウムを主成分とする層の上に
形成されていることが、反射電極の白さや低抵抗値を確
保する観点からは好ましい。また、このアルミニウムを
主成分とする層が金属層の上に形成されていることが好
ましい。この好ましい例によれば、アルミニウムを主成
分とする層の結晶方位および合金の結晶方位が一定方向
に揃い易くなり、反射電極の拡散面の均一性を向上させ
ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。 （第１の実施形態）図１は本発明の第１の実施形態の反
射電極の製造工程を順に断面方向から示す図である。ま
ず図１（ａ）に示すように、例えばガラス基板である絶
縁性基板１の一主面上に、水素を含む非晶質シリコン層
２を、好ましくは０．０５〜０．１５μｍ程度の膜厚と
なるように成膜する。その形成方法は特に限定されない
が、シラン系ガスをグロー放電分解するＰＣＶＤ法（プ
ラズマ化学蒸着法）またはシリコンをターゲットとする
ＳＰＴ法（スパッタリング法）を採用することができ
る。形成方法によらず、非晶質シリコン層２は水素を含
有したものとされる。この水素の含有量は、好ましくは
１〜１０モル％である。成膜温度は２００〜３００℃程
度と比較的低温とすることができる。この成膜工程にお
いては、例えばＴＦＴを構成する非晶質シリコンを成膜
する場合とは異なり、その膜質や形成条件の制約はかな
り緩いものである。

【００１３】次に図１（ｂ）に示すように、非晶質シリ
コン層２上に、例えばＳＰＴ法により、アルミニウム層
３を、好ましくは０．０５〜０．１５μｍ程度の膜厚で
成膜する。さらに、図１（ｃ）に示すように、微細加工
技術を用いて、非晶質シリコン層とアルミニウム層とか
らなる積層膜を所定の形状にパターニングする。微細加
工技術としては、例えばフォトマスクを用いる写真食刻
技術や塩素系ガスを用いるドライ食刻技術を用いること
ができる。

【００１４】最後に、窒素、アルゴン等の不活性ガスの
ような不活性雰囲気中において、２５０〜４００℃に加
熱しながら基板１を静置すると、５〜６０分間程度でシ
リコンとアルミニウムとの合金４が生成し、図１（ｄ）
に示すように、両金属からなる金属間化合物の結晶とし
て成長する。その結果、結晶粒と結晶粒界とによって、
反射電極の表面は粗面となる。この粗面の凸凹の大きさ
は、基本的には上記結晶粒のサイズに依存する。なお、
上記加熱工程における適切な加熱時間と加熱温度とは、
非晶質シリコン層の膜質、特に水素含有量に大きく左右
されるので、加熱条件は正確には実験により決定するこ
とが好ましい。

【００１５】また、上記アルミニウム層３には、腐食や
マイグレーション防止のために、微量の（例えば１〜５
重量％の）シリコンや銅等を添加してもよい。また、反
射電極としての白さを増すために、アルミニウム層３に
微量の（例えば１〜５重量％の）白金や銀を添加しても
よい。このように微量金属を添加する場合には、アルミ
ニウムの耐熱性が向上するといった影響があるため、上
記加熱工程における条件は、この影響を考慮して、好ま
しくは上記と同様、正確には実験により決定することが
好ましい。

【００１６】以上説明した方法により、例えば表面に粒
径０．０５〜１μｍ程度の大きさの結晶粒を有する膜厚
０．０５〜１μm、好ましくは０．０５〜０．１５μｍ
の合金層を反射電極として形成することができる。

【００１７】（第２の実施形態）図２は本発明の第２の
実施形態の反射電極の製造工程を順に断面方向から示す
ものである。この第２の実施形態においては、図２に示
すように、非晶質シリコン層２とアルミニウム層３との
成膜順を入れ替えた点のみにおいて、第１の実施形態と
相違する。このように両金属層２，３の成膜順序を逆に
しても、第１の実施形態と同様、両層２，３が一様に合
金化した膜を形成することができる。なお、図１および
図２に示すように、一様に合金化した反射電極を形成す
る場合には、非晶質シリコン層とアルミニウム層の膜厚
の差が少ないこと（例えば両層の厚さの差が０．１μｍ
以下であること）が好ましいことは勿論であるが、加え
て両層の厚さとも０．３μｍ以下であることが好まし
い。

【００１８】また、両層２，３のいずれを先に成膜する
かについては、基板１の表面状態を考慮して決定するこ
とが好ましい。例えば基板１がガラス基板であればいず
れを先に成膜しても支障はないが、基板１が、例えば走
査線、信号線、絶縁ゲート型トランジスタ等のスイッチ
ング素子が有機絶縁層で平坦化されているアクティブ基
板であれば、第２の実施形態のように、アルミニウム層
３を先に成膜することが好ましい。アルミニウム層３が
有機絶縁層を被覆することになり、例えば非晶質シリコ
ン層の形成時に還元性のプラズマを利用しても、この有
機絶縁層が受ける損傷を低減することができるからであ
る。

【００１９】（第３の実施形態）図３は本発明の第３の
実施形態の反射電極の製造工程を順に断面方向から示す
ものである。この第３の実施形態においては、図３に示
すように、先に成膜されるアルミニウム層３が、非晶質
シリコン層２に比べて相対的に厚く成膜され、加熱する
と、図３(ｄ）に示したように、合金の下にアルミニウ
ム層が残存する。

【００２０】このようにすると、非晶質シリコンとアル
ミニウムとの合金化による反射電極の黄色化を抑制する
ことができる。従って、反射電極の黄色化が液晶表示パ
ネルの画質に影響を及ぼす場合には、上記膜厚差を設け
て反射電極の白さを保持する態様とすることが好まし
い。

【００２１】また、このような実施形態においては、ア
ルミニウム層３の表面のみを部分的に合金化すればよい
のであるから、非晶質シリコン層２の水素含有率を上げ
て、より低温あるいは短時間で合金化を行うこととして
もよい。

【００２２】この実施形態においては、例えば合金形成
後に残存するアルミニウム層が０．３〜１μｍとなり、
このアルミニウム層上に形成される合金層の膜厚が０．
１〜０．３μｍとなるように、初期膜厚を決定すること
が好ましい。具体的には、非晶質シリコン層２の厚さが
０．１μｍであれば、アルミニウム層３の厚さは０．３
〜１．０μｍが好ましい。

【００２３】上記各実施形態のうち、反射電極の膜厚が
薄くてよい場合には第１または第２の実施形態を選択す
ればよいが、アルミニウム層が反射電極の形成だけに限
定されない場合（例えばソース・ドレイン配線や基板周
辺での接続配線にも用いられる場合）、あるいは単純型
の液晶パネルの反射電極の場合には（通常は長い帯状の
パターン電極が必要とされる）、本実施形態のようにア
ルミニウム層を合金層の下に確保して反射電極の抵抗値
を下げることが好ましい。

【００２４】本実施形態によれば、電極の抵抗値を低く
できるため、単純型の反射型液晶パネルの電気的な性能
が向上し、クロストークを低減させることができるとい
う利点もある。また、アクティブ型の反射型液晶パネル
では、反射電極と同時に低抵抗の配線パターンを同時に
形成することができるため、デバイス設計の自由度が増
すという利点がある。

【００２５】（第４の実施形態）図４は本発明の第４の
実施形態の反射電極の製造工程を順に断面方向から示す
ものである。この第４の実施形態においては、図４に示
すように、アルミニウム層３の成膜の前に、基板２の一
主面上に下地層となる金属層５が形成される。この層５
は、高融点金属からなることが好ましく、例えばＴｉ，
Ｃｒ，Ｔａ，ＭｏおよびＷから選ばれる少なくとも１つ
の金属からなることが好ましい。また、金属層５の膜厚
は０．０３〜０．１μｍ、例えば０．０５μｍ程度が好
ましい。

【００２６】このように金属層５を形成すると、金属層
５上に形成するアルミニウム層３の結晶方位を揃えるこ
とが容易となる。例えば、金属層５としてＴｉ膜を形成
し、アルミニウム層３の成膜条件を、例えば１０−６Pa
以下の高真空として、かつ基板温度を２００ ℃以上に
すれば、アルミニウム層３の結晶方位を（１００）面に
揃えることができる。

【００２７】アルミニウム層３の結晶方位が揃っていれ
ば、非晶質シリコン層２との合金層４も結晶方位が揃い
易くなり、反射電極の拡散面の均一性が向上する。この
ように耐熱金属が有する結晶構造を利用してアルミニウ
ム層３の結晶方位、ひいては合金層４の結晶方位を選択
的に整えることにより、拡散面に特定の指向性を持たせ
ることもできる。拡散面に指向性を付与しうる本実施の
形態によれば、視野角の設計に大きな自由度を与えるこ
とができるという効果が得られる。

【００２８】（第５の実施形態）上記実施形態により作
製された反射電極を用いた反射型液晶表示パネルの例に
ついて説明する。

【００２９】図５は、本実施形態の反射型カラー液晶表
示パネルの要部断面図である。このパネルは偏光板を用
いずに輝度の向上を図ったものであり、液晶１３にはＰ
ＣＧＨ（Phase Change Guest Host）系のものが使用さ
れている。

【００３０】スイッチング素子であるＴＦＴ１４の外部
光照射によるＯＦＦ動作時のリーク電流の増大を防ぐた
めに、上記各実施形態で説明した反射電極１６は、ＴＦ
Ｔ１４上に配置される。そして反射電極１６とＴＦＴ１
４との間には、両者の絶縁を保つために平坦化絶縁層１
５が形成されている。この絶縁層１５は、アクティブ基
板１１上に存在する走査線、信号線およびＴＦＴ等の素
子が形成する段差を吸収するために少なくとも１μｍ以
上、好ましくは２〜３μｍの膜厚とされる。このような
厚い絶縁膜は、生産性や膜応力等の観点から、真空成膜
装置によらず有機樹脂の塗布により形成される。用い得
る樹脂としては、例えば日本合成ゴム製の商品名オプト
マーＰＣ３０２が挙げられる。

【００３１】この反射型カラー液晶表示パネルは、アク
ティブ基板１１と上方の透明基板１２とにより液晶層１
３を挟持するものであって、上方の透明基板１２には、
常法に従い、対向電極となる透明導電膜１７，カラーフ
ィルター１８等が適宜形成される。また、ブラックマト
リックス１９は、強い外光下での使用を考慮して、画像
コントラストの向上および上記ＴＦＴにおけるリーク電
流の防止のために形成されるものである。ただし、この
ブラックマトリックス１９は、反射電極１６をＴＦＴ１
４上に形成した反射型液晶パネルの場合には削除可能で
ある。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
基板の表面にアルミニウムを主成分とする層と水素を含
む非晶質シリコン層とを形成する工程と、前記両層を加
熱することによりシリコンとアルミニウムとの合金を形
成する工程とを含む反射電極の製造方法とすることによ
り、従来よりも低温で、また煩雑な工程を必要とせず、
粗面化した反射電極を形成することができる。この方法
によれば、液晶表示パネルに用いるスイッチ素子に過度
の耐熱性が要求されないため、アクティブ型の反射型液
晶パネルの製造が容易となる。また、単純型の反射型液
晶パネルを製造する場合には、安価なソーダ系のガラス
基板を採用しやすくなる。

【００３３】このように本発明によれば、少なくとも表
面にシリコンとアルミニウムとの合金を含む反射型液晶
パネルに適した反射電極を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の反射電極の製造工程の例を断面方向
から示す図である。

【図２】 本発明の反射電極の製造工程の別の例を断面
方向から示す図である。

【図３】 本発明の反射電極の製造工程の別の例を断面
方向から示す図である。

【図４】 本発明の反射電極の製造工程の別の例を断面
方向から示す図である。

【図５】 本発明の反射電極を用いた反射型カラー液晶
パネルの例の要部断面図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 水素を含有する非晶質シリコン層 ３ アルミニウム層 ４ 合金層 ５ 金属層 １１ アクティブ基板 １２ 透明基板 １３ 液晶層 １４ ＴＦＴ １５ 絶縁層 １６ 反射電極 １７ 透明導電膜 １８ カラーフィルター １９ ブラックマトリックス

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも表面にシリコンとアルミニウ
   ムとの合金を含む反射電極。
2. 【請求項２】 前記合金の結晶粒および結晶粒界によ
   り、前記表面に凸凹が形成されている請求項１に記載の
   反射電極。
3. 【請求項３】 前記合金がアルミニウムを主成分とする
   層の上に形成されている請求項１または２に記載の反射
   電極。
4. 【請求項４】 前記アルミニウムを主成分とする層が金
   属層の上に形成されている請求項３に記載の反射電極。
5. 【請求項５】 基板の表面にアルミニウムを主成分とす
   る層と水素を含む非晶質シリコン層とを形成する工程
   と、前記両層を加熱することによりシリコンとアルミニ
   ウムとの合金を形成する工程とを含む反射電極の製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記表面に、前記アルミニウムを主成分
   とする層と前記非晶質シリコン層とをこの順に前記アル
   ミニウムを主成分とする層が前記非晶質シリコン層より
   も厚くなるように形成し、前記アルミニウムを主成分と
   する層の一部と前記非晶質シリコン層とにより前記合金
   を形成する請求項５に記載の反射電極の製造方法。