KR100999908B1

KR100999908B1 - 반사막용 Ａｌ-Ｎｉ-Ｂ 합금 재료

Info

Publication number: KR100999908B1
Application number: KR1020087012499A
Authority: KR
Inventors: 요시노리 마츠우라; 료마 츠쿠다; 히로나리 우라베; 다카시 구보타
Original assignee: 미쓰이 긴조꾸 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2007-08-30
Publication date: 2010-12-13
Also published as: JPWO2008047511A1; TW200823298A; CN101365816A; US8003218B2; CN101365816B; TWI372787B; JP4180102B2; US20090230416A1; WO2008047511A1; KR20080087789A

Abstract

본 발명은 반사형의 표시 디바이스에 관한 것이며, 뛰어난 반사 특성을 구비함과 동시에 ITO나 IZO 등의 투명 전극층과의 직접 접합이 가능한 반사막용 Al계 합금 재료를 제공한다. 본 발명은 알루미늄에 니켈과 붕소를 함유한 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 있어서, 니켈 함유량이 1.5at%∼4at%이며, 붕소 함유량이 0.1at%∼0.5at%이며, 잔부가 알루미늄인 것을 특징으로 한다. 또한, 니켈 함유량이 1.5at%∼3at%이며, 붕소 함유량이 0.1at%∼0.4at%인 것이 보다 바람직하다.

반사형 표시 디바이스, Al-Ni-B 합금 재료

Description

반사막용 Ａｌ-Ｎｉ-Ｂ 합금 재료{Al-Ni-B ALLOY MATERIAL FOR REFLECTION FILM}

본 발명은 액정 등의 표시 디바이스를 구성할 때에 사용되는 Al계 합금 재료에 관한 것이며, 특히, 반사형의 액정 표시 디바이스에 적합한 반사막 형성용의 Al-Ni-B 합금 재료에 관한 것이다.

액정 디스플레이로 대표되는 박형(薄型) 텔레비전 등의 표시 디바이스로는, 반사형과 투과형이 알려져 있는데, 이 반사형의 표시 디바이스에 대해서는, 종래, 반사율이 높은 순(純)알루미늄의 막이 채용되어 있었다. 그러나, 이 순알루미늄을 반사막으로서 사용하면, ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 전극(이하, 투명 전극층이라 할 경우가 있다)과 접합했을 경우, 반사막을 패터닝할 때에 전기 화학적 반응에 의한 전식(電蝕) 현상이 발생하여, 실용적인 특성을 만족하는 회로 형성 등이 곤란하였다.

그 때문에, 이 순알루미늄 대신에, 반사율이 높고, 전기 화학적인 부식에도 강한 은 혹은 은 합금이 반사막용 재료로서 채용되어 있다(특허문헌 1). 그러나, 은(銀)계의 반사막용 재료로는, 그 에칭 특성의 영향에 의해, 원하는 회로 형성을 행하기가 어려워, 생산성이 떨어지는 경향이 지적되어 있었다.

이로부터, 패터닝에서의 전식 현상을 억제한 알루미늄 합금 재료가 제안되어 있지만(특허문헌 2), 이 선행 문헌에 개시된 알루미늄 합금 재료에 의해 형성된 막에 관해서는, 그 반사율 특성이나 접합시의 전기적 특성에 대해서는 명확하지 않다. 또한, ITO 등의 투명 전극층과의 직접 접합을 실현한 알루미늄 합금 재료(특허문헌 3, 특허문헌 4)가 제안되어 있지만, 이들 선행 문헌의 알루미늄 합금 재료에 의해 형성된 막의 반사율 특성은 검토되어 있지 않아, 실용적인 반사율 특성을 구비하는 것인지의 여부에 대해서는 명확하지 않은 것이 현상태이다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제3302894호 명세서

특허문헌 2 : 국제 공개 WO97/13885호 팜플렛

특허문헌 3 : 일본 특개2003-89864호 공보

특허문헌 4 : 일본 특개2004-214606호 공보

[발명의 개시]

[발명이 해결하고자 하는 과제]

본 발명은 이상과 같은 사정을 배경으로 이루어진 것으로, 반사형의 표시 디바이스에 관한 것이며, 뛰어난 반사 특성을 구비함과 동시에 ITO나 IZO 등의 투명 전극층과의 직접 접합이 가능한 반사막용 Al계 합금 재료를 제공하는 것이다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명은 알루미늄에 니켈과 붕소를 함유한 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 있어서, 1.5at%∼4at%의 니켈과, 0.1at%∼0.5at%의 붕소를 함유하고, 잔부가 알루미늄인 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 있어서는, 니켈 함유량이 1.5at%∼3at%, 붕소 함유량이 0.1at%∼0.4at%인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기한 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 의해 형성된 반사막층과, 투명 전극층을 구비하는 반사형 표시 디바이스의 소자 구조에서, 반사막층이 투명 전극층에 직접 접합된 부분을 갖는 것이다.

본 발명에 따른 Al-Ni-B 합금 재료에 의해 반사막을 형성할 경우, 1.5at%∼4at%의 니켈과, 0.1at%∼0.5at%의 붕소를 함유하고, 잔부가 알루미늄인 스퍼터링 타깃을 사용하는 것이 바람직하다.

도 1은 ITO막과 반사막을 크로스(cross)하여 적층된 시험 샘플 개략사시도.

[발명을 실시하기 위한 최량의 형태]

이하, 본 발명에 관한 최량의 실시 형태에 대하여 설명하지만, 본 발명은 하기 실시 형태에 한정되는 것은 아니다.

본 발명자들은 Al-Ni계 합금에 관하여 예의 검토한 바, Al-Ni 합금에, 소정량의 붕소(B)를 함유시킴으로써 뛰어난 반사 특성을 구비하고, 패터닝에서의 전식 현상이 억제된 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료를 알아냈다.

구체적으로는, 1.5at%∼4at%의 니켈과, 0.1at%∼0.5at%의 붕소를 함유하고, 잔부가 알루미늄인 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료이다. 이와 같은 조성의 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 의해 형성된 반사막이면, 250℃의 어닐링 처리후에, 87% 이상의 반사율을 구비함과 동시에, 4.5μΩ·cm 이하의 저(低)저항 특성을 가진 것이 되어, 반사막 자체에 힐록(hillock, 돌기물)이나 딤플(dimple, 웅덩이 형상의 결함) 등의 소성(塑性) 변형이 발생하지 않게 된다. 그리고, 이와 같은 조성의 반사막이면, 투명 전극층과 반사막층을 직접 접합했을 때의 전식 현상을 억제하는 것이 가능해진다. 또, 본 발명에서의 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료는 본 발명이 나타내는 효과를 벗어나지 않는 범위에서, 예를 들면, 재료 제조 공정 혹은 배선 회로 형성 공정이나 소자 제조 공정 등에서 혼입될 가능성이 있는 가스 성분과 같은 불가피 불순물의 혼입도 무방하다. 또한, 본원에서의 「반사막용 Al-Ni-B 합금 재료」라는 용어는 반사막 그 자체, 그 원료, 예를 들면, 반사막을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃, 그 스퍼터링 타깃에 의해 성막한 스퍼터링막을 포함하는 것으로서 사용하고 있다.

니켈 함유량이 1.5at% 미만이면, 반사막의 내열성을 확보할 수 없게 된다. 또한, 니켈 함유량이 0.5at% 미만으로 되면, ITO 등의 투명 전극층과의 직접 접합 특성이 나빠지는 경향이 있다. 니켈 함유량이 4at%를 초과하면, 반사막의 저항값이 4.5μΩ·cm를 초과하는 경향이 있다. 또한, 붕소 함유량이 0.1at% 미만이면, 반사막의 내열성을 확보할 수 없게 된다. 붕소 함유량이 0.5at%를 초과하면, 반사율이 87.0% 미만으로 된다. 이 본 발명에서의 반사막의 내열성이라 함은, 250℃, 30분간의 열처리에서, 반사막에 힐록(돌기물)이나 딤플(웅덩이 형상의 결함) 등의 소성 변형이 발생하지 않는 것을 말한다.

본 발명에서의 반사율이라 함은, 파장 550nm의 광을 반사막에 쪼였을 때의 반사막으로부터 반사되는 광강도로부터 산출된 절대 반사율이다. 이 반사율의 측 정은 250℃, 30분간의 열처리후의 반사막에서 행한 것이다.

또한, 상기 조성 범위 중, 니켈 함유량이 1.5at%∼3at%이고, 붕소 함유량이 0.1at%∼0.4at%이면, 반사율이 88% 이상이고, 막비저항 4.0μΩ·cm 이하의 반사막으로 할 수 있다.

상기한 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 의해 형성된 반사막층은 투명 전극층과의 직접 접합이 가능하며, 또한, 원하는 반사 특성을 구비한 것이 된다.

상기한 본 발명에 따른 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 의해 반사막을 형성할 경우, 1.5at%∼4at%의 니켈과, 0.1at%∼0.5at%의 붕소를 함유하고, 잔부가 알루미늄인 스퍼터링 타깃을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 조성의 스퍼터링 타깃을 사용할 경우, 스퍼터링시의 성막 조건에 다소 좌우되는 경우도 있지만, 타깃 조성과 거의 동일한 조성의 반사막을 용이하게 형성할 수 있다.

또, 본 발명에 따른 Al-Ni-B 합금 재료는 상기한 바와 같이 스퍼터링법에 의해 반사막을 형성하는 것이 실용적으로 바람직하지만, 그 밖에 다른 방법을 채용해도 좋다. 예를 들면, 증착법, 스프레이 포밍법 등의 건식법에 의해서도 좋고, 본 발명의 Al-Ni-B 합금 조성으로 이루어지는 합금 입자를 배선 재료로서 사용하여, 에어로졸 디포지션법으로 반사막을 형성하는 것이나, 잉크젯법에 의해 반사막을 형성하는 것 등을 들 수 있다.

이하, 실시예에 대하여 설명한다. 이 실시예에서는, 표 1에 나타내는 각 조성의 Al-Ni―B 합금 재료에 의해 반사막을 형성하고, 그 반사막 특성을 평가한 결 과를 설명한다. 특성 평가는 막비저항, 내열성, 반사율, ITO 접합성에 대하여 행했다. 각 특성 평가의 방법을 이하에 나타낸다.

막비저항 : 표 1에 기재된 각 조성으로 한 스퍼터링 타깃을 제작하여, 마그네트론·스퍼터링 장치(스퍼터링 조건, 투입 전력 3.0Watt/cm², 아르곤 가스 유량 100sccm, 아르곤 압력 0.5Pa)에 의해, 유리 기판 위에 두께 0.3㎛의 반사막을 형성했다. 그리고, 이 반사막을, 질소 가스 분위기중, 300℃, 30분간의 열처리를 행한 후, 4단자 저항 측정 장치에 의해 측정했다. 또, 스퍼터링 타깃은 표 1에 기재된 각 조성량으로 되도록, 알루미늄에 소정량의 니켈 및 붕소를 혼합하여, 진공중에서 용해 교반한 후, 불활성 가스 분위기중에서 주조(鑄造)한 후, 얻어진 잉곳(ingot)을 압연, 성형 가공하고, 스퍼터링으로 제공되는 표면을 평면 가공하여 제조한 것을 사용했다.

내열성 : 표 1에 기재된 각 조성의 반사막의 내열성은 유리 기판 위에 스퍼터링(조건은 상기와 동일)에 의해 단막(두께 약 0.3㎛)을 형성하고, 질소 가스 분위기중, 100℃∼400℃ 범위에서 50℃ 단위의 각 온도에서, 30분간의 열처리후, 주사형 전자 현미경(SEM : 1만배)으로 막 표면을 관찰하여 행했다. 또한, 이 SEM 관찰은 각 관찰 시료에 대하여 관찰 범위 10㎛×8㎛를 5시야 확인하도록 했다. 그리고, 표 1에 나타내는 내열성의 평가 결과는 관찰 표면에 직경 0.1㎛ 이상의 돌기물(힐록)이 확인되거나, 혹은 관찰 표면에 웅덩이 형상 부분(직경 0.3㎛∼0.5㎛)으로 된 딤플이 4개 이상 확인되었을 경우의 열처리 온도를 그 내열성 평가 온도로 했다.

반사율 : 반사율은 자외선 가시 분광 광도계(V550-DS : 니혼분코(주)제)에 의해 측정했다. 이 장치로 측정되는 반사율은 절대 반사율이며, 레퍼런스로서 증착에 의한 순알루미늄막을 측정한 것이다. 측정 범위는 가시광 영역(250nm∼850nm)인데, 본 실시예의 반사율은 파장 550nm에 대한 측정치를 채용하고 있다. 그리고, 대기 분위기중에 배치한 유리 기판의 반사막에 대하여, 광원으로부터 입사각 5˚로 광을 입사하고, 반사각 5˚의 반사광에 의해 반사율을 측정했다. 각 반사막의 제작 조건은 상기 막비저항값에서 설명한 조건과 동일하다. 또한, 이 반사율 측정은 250℃, 30분간 열처리를 행한 반사막에 대하여 행했다.

ITO 접합성 : 이 ITO 접합성은 도 1의 개략사시도에 나타내는 바와 같이 유리 기판 위에 ITO막(In₂O₃-10wt%SnO₂ : 1000Å 두께, 회로폭 10㎛)을 형성하고, 그 위에 각 조성의 반사막(2000Å 두께, 회로폭 10㎛)을 크로스하도록 형성한 시험 샘플(켈빈 소자)을 사용하여 평가했다.

이 시험 샘플의 제작은 우선, 유리 기판 위에, 표 1에 기재된 각 조성의 스퍼터링 타깃을 사용하여, 상기 스퍼터링 조건으로, 두께 2000Å의 반사막을 형성했다. 그리고, 각 조성의 반사막 표면에 레지스트(OFPR800 : 도쿄오카고교(주))를 피복하고, 10㎛폭 회로 형성용 패턴 필름을 배치하여 노광 처리하고, 농도 2.38%, 액온 23℃의 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드를 함유하는 알칼리 현상액(이하, TMAH 현상액으로 약기한다)으로 현상 처리했다. 현상 처리후, 인산계 혼산 에칭 액(간토가가쿠(주)사제)에 의해 회로 형성을 행하고, 디메틸설폭시드(이하 DMSO로 약기한다) 박리액에 의해 레지스트의 제거를 행하여, 10㎛폭 회로를 형성했다.

그리고, 이 반사막으로 이루어지는 10㎛폭 회로를 형성한 기판을, 순수 세정, 건조 처리를 행하고, 그 표면에 SiN_x의 절연층(두께 4200Å)을 형성했다. 이 절연층의 성막은 스퍼터링 장치를 사용하여, 투입 전력 RF 3.0Watt/cm², 아르곤 가스 유량 90sccm, 질소 가스 유량 10sccm, 압력 0.5Pa, 기판 온도 300℃의 스퍼터링 조건에 의해 행했다.

계속해서, 절연층 표면에 포지티브형 레지스트(도쿄오카고교(주)사제 : TFR-970)를 피복하고, 10㎛×10㎛각(角)의 콘택트홀 개구용 패턴 필름을 배치하여 노광 처리하고, TMAH 현상액에 의해 현상 처리를 했다. 그리고, CF₄의 드라이 에칭 가스를 사용하여, 콘택트홀을 형성했다. 콘택트홀 형성 조건은 CF₄ 가스 유량 50sccm, 산소 가스 유량 5sccm, 압력 4.0Pa, 출력 150W로 했다.

그 후, 상기 DMSO 박리액에 의해 레지스트의 박리 처리를 행했다. 그리고, 이소프로필알코올을 사용하여 잔존 박리액을 제거한 후, 수세, 건조 처리를 행했다. 이 레지스트의 박리 처리가 종료된 각 샘플에 대하여, ITO 스퍼터링 타깃(조성 In₂O₃-10wt%SnO₂)을 사용하여, 콘택트홀 내 및 그 주위에 투명 전극이 되는 ITO막을 형성했다. ITO막의 형성은 기판 온도 70℃, 투입 전력 1.8Watt/cm², 아르곤 가스 유량 80sccm, 산소 가스 유량 0.7sccm, 압력 0.37Pa의 조건으로 스퍼터링을 행하여, 두께 1000Å으로 했다.

이 ITO막 표면에 레지스트(도쿄오카고교(주)사제 : OFPR800)를 피복하고, 패턴 필름을 배치하여 노광 처리하고, TMAH 현상액으로 현상 처리하고, 옥살산계 혼산 에칭액(간토가가쿠(주)사제 : ITO05N)에 의해 10㎛폭 회로의 형성을 행했다. ITO막 회로 형성후, DMSO 박리액에 의해 레지스트를 제거했다.

이상과 같이 하여 얻어진 각 시험 샘플을, 대기 분위기중, 250℃, 30분간의 열처리를 행한 후, 도 1에 나타내는 시험 샘플의 화살표 부분의 단자부로부터 연속 통전(3mA)하여 저항을 측정했다. 이 때의 저항 측정 조건은 85℃의 대기 분위기중에서의, 이른바 수명 가속 시험 조건으로 행했다. 그리고, 이 수명 가속 시험 조건하에서, 각 시험 샘플에 있어서, 측정 개시에 있어서의 초기 저항값의 100배 이상의 저항값으로 변화한 시간(고장 시간)을 조사했다. 이 수명 가속 시험 조건으로 250시간을 초과해도 고장나지 않은 시험 샘플을 평가 ○라 했다. 또한, 수명 가속 시험 조건하에서, 250시간 이하에서 고장난 시험 샘플을 평가 ×라 했다. 또, 상기한 수명 가속 시험에 대해서는, JIS C5003 : 1974, 참조문헌(저서명「신뢰성 가속 시험의 효율적인 진행 방법과 그 실제」(일본) : 가누마 요지 편저, 발행소 니혼테크노센터(주))에 준거한 것이다.

[표 1]

표 1에 나타내는 바와 같이, 니켈 함유량과 붕소 함유량이 너무 적으면, 반사막의 내열성이 저하하는 경향이 있고, 반대로 니켈 함유량과 붕소 함유량이 너무 많으면, 막비저항의 증대와 함께 반사율이 저하하는 경향이 판명되었다. 또한, 표 1에서는, 반사율이 87.0% 미만이거나, 막비저항값이 4.5μΩ·cm 이상이거나, 내열 성이 250℃ 미만인 것은 평가 ×라 하고, 내열성이 250℃ 이상이고, 반사율이 87.0% 이상, 막비저항값이 4.5μΩ·cm 이하인 것은 평가 ○라 하고, 내열성이 250℃ 이상이고, 반사율이 88.0% 이상이고, 막비저항값이 4.0μΩ·cm 이하인 것은 평가 ◎라 했다. 그 평가 결과로부터, 니켈 함유량이 1.5at%∼4at%, 붕소 함유량이 0.1at%∼0.5at%의 조성이면, 내열성이 250℃ 이상이고, 반사율이 87.0% 이상이고, 막비저항값이 4.5μΩ·cm 이하로 되는 것이 판명되었다. 그리고, 니켈 함유량이 1.5at%∼3at%이고, 붕소 함유량이 0.1at%∼0.4at%이면, 내열성이 250℃ 이상이고, 반사율이 88.0% 이상이고, 막비저항도 4.0μΩ·cm 이하로 되는 것이 판명되었다. 또, 표 1에 기재된 각 조성의 Al-Ni-B 합금 재료에 의해 형성된 반사막은 ITO와의 직접 접합을 행하더라도, 모든 조성에서 문제없이 접합할 수 있는 것이 확인되었다.

본 발명에 의하면, 뛰어난 반사 특성을 구비함과 동시에 ITO나 IZO 등의 투명 전극층과의 직접 접합이 가능한 반사막을 실현할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 의해 형성된 반사막이면, 반사막에 열이력이 가해져도, 높은 반사율을 안정적으로 유지할 수 있다.

Claims

알루미늄에 니켈과 붕소를 함유한 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 있어서,

1.5at%∼4at%의 니켈과, 0.1at%∼0.5at%의 붕소를 함유하고, 잔부가 알루미늄인 것을 특징으로 하는 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료.
제1항에 있어서,

니켈 함유량이 1.5at%∼3at%, 붕소 함유량이 0.1at%∼0.4at%인 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료.
제1항 또는 제2항에 기재된 반사막용 Al-Ni-B 합금 재료에 의해 형성된 반사막층과, 투명 전극층을 구비하는 반사형 표시 디바이스의 소자 구조로서,

상기 반사막층이 상기 투명 전극층에 직접 접합된 부분을 갖는 것을 특징으로 하는 반사형 표시 디바이스의 소자 구조.
반사막용 Al-Ni-B 합금 재료로 이루어지는 반사막을 형성하기 위한 스퍼터링 타깃으로서,

1.5at%∼4at%의 니켈과, 0.1at%∼0.5at%의 붕소를 함유하고, 잔부가 알루미늄인 것을 특징으로 하는 스퍼터링 타깃.