WO2017212970A1 - 積層膜、表示装置及び入力装置 - Google Patents
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Abstract
本発明は、第1層、第2層及び第3層がこの順に積層された積層膜であって、第1層が電気抵抗率が15μΩ・cm以下である金属薄膜であり、第2層が40原子%以上61原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜であり、第3層が50原子%以上60原子%以下の酸素を含むアルミニウム酸化膜若しくはアルミニウム合金酸化膜、50原子%以上60原子%以下の酸素及び1原子%以上10原子%以下の窒素を含むアルミニウム酸窒化膜若しくはアルミニウム合金酸窒化膜、又は50原子%以上60原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜若しくはアルミニウム合金窒化膜である積層膜に関する。本発明の積層膜によれば、電気抵抗率と反射率が共に低い、積層薄膜(低反射導電膜)を提供することができる。
Description
本発明は、光吸収性を有し、入力装置内の金属電極に用いられる積層膜、前記積層膜を備えた表示装置及び入力装置に関する。
以下に入力装置の代表例としてタッチパネルセンサーを例に挙げて説明するが、本発明はこれに限定されない。タッチパネルセンサーは、液晶表示装置又は有機EL(OEL:Organic Electro-Luminescence)装置などの表示装置の表示画面上に入力装置として貼り合わせて使用される。
タッチパネルセンサーの入力ポイントの検出方式には、抵抗膜方式、静電容量方式、光学式又は圧電式等が挙げられる。
静電容量方式のタッチパネルセンサーは、一例として、ガラス基板などの透明基板上に、二方向の透明電極が直交して配置され、その表面に保護ガラスなどの絶縁体であるカバーが被覆された構造を有している。
上記構成のタッチパネルセンサーに用いられる透明基板として、表示装置に用いられる透明基板を用いることもできる。具体的には、液晶表示装置に用いられるカラーフィルター基板又は有機EL装置に用いられるガラス基板などが例として挙げられる。
最近では、入力装置内の電極薄膜として、低抵抗な金属電極薄膜の使用が検討されている。金属電極薄膜は接触感度向上又はノイズ低減に有効である。しかし、金属電極薄膜は反射率が高く、使用者の肉眼で見える、即ち視認されるため、コントラスト比が低下する。
そこで、特許文献1には、導電性透明パターンセルを相互接続するブリッジ電極における視認性の問題を解決するため、基板上に相互離隔される複数の導電性パターンセルを形成し、前記導電性パターンセル上に絶縁層を形成し、前記絶縁層上に黒色の導電材料を用いて前記ブリッジ電極を形成する、ことを特徴とするタッチパネルの電極の形成方法が開示されている。具体的には、ブリッジ電極として、Al又はTiなどの金属を、薬品との反応により酸化物、窒化物又はフッ化物などに黒色化させる方法が例示されている。
また、特許文献2には透明性基板上に形成された反射防止膜であって、膜厚25nmにおいて波長550nmの透過率が10%未満であり、主成分がAlであるAl系膜と、前記Al系膜の上層、又は/及び下層に形成され、膜厚25nmにおいて波長550nmの透過率が10%以上であり、かつ、主成分がAlであり、添加物として少なくともN元素を含むアルミニウム系N含有膜と、を備え、比抵抗値が1.0×10-2Ω・cm以下であり、前記Al系N含有膜面の可視光領域における反射率が50%以下である反射防止膜が開示されている。
しかしながら、特許文献1に記載の薬液を使用する黒化処理では、金属薄膜として膜厚が数百nm程度の薄膜を用いる場合は黒化層成長の制御が難しく黒化層を形成する化合物からなる高抵抗層の増加により配線の断線が生じ易くなり、金属部の膜厚が薄くなるため抵抗増加に繋がる。
また、特許文献2に記載されるAl系膜は膜厚25nmにおける透過率は通常1%以下である。そのため、比抵抗値が1.0×10-2Ω・cm以下であり、前記Al系N含有膜面の可視光領域における反射率が50%以下である反射防止膜をAl系膜に積層しただけでは、特許文献2の実施例3-1に示されているような、上層膜面側での波長550nmにおける反射率値1.6%という値は達成できない。
そのため、従来、特許文献2に記載されるような膜厚25nmにおいて波長550nmの透過率が10%未満であり、主成分がAlであるAl系膜に関しては、酸化もしくは窒化又は添加元素によって低反射化させるか、あるいは、膜厚を薄くし透過率を高くすることで反射率を下げている。主成分がAlであるAl系膜をこのような方法で低反射化する場合、当該Al系膜を含む積層膜を配線に用いると抵抗増加につながるため、低反射かつ低抵抗な配線材料として利用することはできない。しかしながら、特許文献2では積層膜の抵抗については考慮されていない。
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、電気抵抗率及び反射率が共に低い、積層薄膜(低反射導電膜)を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、電気抵抗率が特定範囲以下である金属薄膜である第1層、特定の組成を有するアルミニウム又はアルミニウム合金の窒化膜である第2層、特定の組成を有するアルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜である第3層がこの順に積層された積層膜を採用することにより、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、本発明は、以下の[1]~[3]に係るものである。
[1]第1層、第2層及び第3層がこの順に積層された積層膜であって、
第1層が、電気抵抗率が15μΩ・cm以下である金属薄膜であり、
第2層が、40原子%以上61原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜であり、
第3層が、50原子%以上60原子%以下の酸素を含むアルミニウム酸化膜若しくはアルミニウム合金酸化膜、50原子%以上60原子%以下の酸素及び1原子%以上10原子%以下の窒素を含むアルミニウム酸窒化膜若しくはアルミニウム合金酸窒化膜、又は50原子%以上60原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜若しくはアルミニウム合金窒化膜である積層膜。
[2][1]に記載の積層膜を備えた表示装置。
[3][1]に記載の積層膜を備えた入力装置。
[1]第1層、第2層及び第3層がこの順に積層された積層膜であって、
第1層が、電気抵抗率が15μΩ・cm以下である金属薄膜であり、
第2層が、40原子%以上61原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜であり、
第3層が、50原子%以上60原子%以下の酸素を含むアルミニウム酸化膜若しくはアルミニウム合金酸化膜、50原子%以上60原子%以下の酸素及び1原子%以上10原子%以下の窒素を含むアルミニウム酸窒化膜若しくはアルミニウム合金酸窒化膜、又は50原子%以上60原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜若しくはアルミニウム合金窒化膜である積層膜。
[2][1]に記載の積層膜を備えた表示装置。
[3][1]に記載の積層膜を備えた入力装置。
本発明によれば、前記した金属薄膜である第1層、アルミニウム又はアルミニウム合金の窒化膜である第2層、及びアルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜である第3層をこの順に積層することで、電気抵抗率が低く、低反射性、導電性及びエッチング加工性に優れ、かつ安価な光吸収薄膜及び低反射導電膜を得られるとともに、安定した製造が可能になる。
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の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、任意に変形して実施することができる。また本明細書において数値範囲を示す「~」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。「反射率」とは、波長450nm、550nm及び650nmにおける反射率を意味する。また「at%」と「原子%」とは同義である。
<積層膜>
図1~図4に本発明の積層膜の一構造例の概略断面図を示す。図1の積層膜は、基板1上に導電層となる金属薄膜である第1層2を備え、その上にアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜である第2層3を備え、その上にアルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜である第3層4を備える。第1層と第3層との間に第2層が配置されていればよく、図2で示すように基板1上に第3層4を備え、その上に第2層3を備え、その上にさらに第1層2を備えてもよい。
図1~図4に本発明の積層膜の一構造例の概略断面図を示す。図1の積層膜は、基板1上に導電層となる金属薄膜である第1層2を備え、その上にアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜である第2層3を備え、その上にアルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜である第3層4を備える。第1層と第3層との間に第2層が配置されていればよく、図2で示すように基板1上に第3層4を備え、その上に第2層3を備え、その上にさらに第1層2を備えてもよい。
また、図3又は図4に示すように、密着層又は保護層5を、基板1と第1層2との界面、又は第1層2の上下層に積層してもよい。第1層2となる金属膜の種類によって、密着性の改善及び耐食性の改善を目的として、該密着層又は保護層5を設けることが好ましい。
(基板)
基板の材料としては、PET(Poly Ethylene Terephthalate)フィルム若しくはプラスチック等の樹脂基板、ガラス基板、シリコン基板又はカラーフィルター基板等、従来公知の材料から適宜選択することができる。基板の厚みは用途によっても異なるが、一般的には0.1~3mmが好ましい。
基板の材料としては、PET(Poly Ethylene Terephthalate)フィルム若しくはプラスチック等の樹脂基板、ガラス基板、シリコン基板又はカラーフィルター基板等、従来公知の材料から適宜選択することができる。基板の厚みは用途によっても異なるが、一般的には0.1~3mmが好ましい。
(金属薄膜:第1層)
導電層となる金属電極薄膜(以下、「金属膜」ともいう。)である第1層2は、単膜としての電気抵抗率が15μΩ・cm以下であり、10μΩ・cm以下が好ましく、8μΩ・cm以下がより好ましい。電気抵抗率の下限は特に限定されないが、通常1.5μΩ・cm以上である。金属膜の電気抵抗率が15μΩ・cmを超えると、積層膜とした時の目安であるシート抵抗が1.5Ω/cm2以下となるように厚膜を積層する必要がある。電気抵抗率及びシート抵抗は四端子法で測定する。
導電層となる金属電極薄膜(以下、「金属膜」ともいう。)である第1層2は、単膜としての電気抵抗率が15μΩ・cm以下であり、10μΩ・cm以下が好ましく、8μΩ・cm以下がより好ましい。電気抵抗率の下限は特に限定されないが、通常1.5μΩ・cm以上である。金属膜の電気抵抗率が15μΩ・cmを超えると、積層膜とした時の目安であるシート抵抗が1.5Ω/cm2以下となるように厚膜を積層する必要がある。電気抵抗率及びシート抵抗は四端子法で測定する。
金属膜としては、導電性の観点から純アルミニウム薄膜、アルミニウム合金薄膜、純銅薄膜、銅合金薄膜、純銀薄膜又は銀合金薄膜が好ましい。耐熱性及び耐薬品性を鑑みると、アルミニウム合金薄膜、銅合金薄膜又は銀合金薄膜がより好ましい。
金属膜の合金薄膜として含まれていてもよい合金成分としては、例えば、Al、Cu、Ag、Ni、La、Ge、Nd、Ta、Zr、Mn、Bi及びZn等が挙げられる。これらの主元素でない成分の合計含有量は一般的に0.1~3.0原子%である。なお、具体的な金属膜の例とその電気抵抗率を表1に示す。
金属膜はスパッタリング法又は蒸着法等により成膜することができる。金属膜の膜厚は好ましくは50nm以上であり、シート抵抗の点から80nm以上がより好ましい。また、膜厚が厚くなると成膜プロセス時間が長くなるため、500nm以下が好ましく、350nm以下がより好ましい。スパッタリング法を用いて金属膜を成膜する場合、スパッタリング条件を変えることで、膜厚を調整することができる。
(アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜:第2層)
アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜である第2層3は光吸収膜として機能する。そのため、第2層は光の入射側又は視認する側に設けることが好ましい。第2層は、金属膜である第1層とアルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜である第3層との間に設ける。
アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜である第2層3は光吸収膜として機能する。そのため、第2層は光の入射側又は視認する側に設けることが好ましい。第2層は、金属膜である第1層とアルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜である第3層との間に設ける。
第2層は、金属膜の低反射化を目的とするため、例えば図1に示すように表面側に設けてもよいし、図2に示すように基板側に設けてもよく、その位置は光の入射側又は視認する側に依存する。これにより、積層膜の低反射化を実現する。
アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜は、窒素の含有量が40原子%以上であり、好ましくは45原子%以上である。窒素の含有量が40原子%未満では単膜反射率が高く、積層構造にしても反射率15.0%以下を達成することができない。窒素の含有量は、61原子%以下であり、好ましくは58原子%以下である。窒素の含有量が61原子%超では透過率が高く、積層構造にしても反射率15.0%以下を達成することができない。
アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜の膜厚は、その組成及び積層する金属膜の種類等によっても異なるが、反射率をより低減できることから20nm以上が好ましく、より好ましくは25nm以上である。膜厚が厚くなりすぎると、成膜プロセス時間の超過につながるため、200nm以下が好ましく、150nm以下がより好ましい。
アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜は、スパッタリング法又は蒸着法等により成膜することができる。スパッタリング法を用いてアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化薄膜を成膜する場合、スパッタリング条件を変えることで、膜厚を調整することができる。
アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜は上記成分以外のその他の成分として酸素(O)、銅(Cu)、イットリウム(Y)、ケイ素(Si)、チタン(Ti)若しくはネオジム(Nd)等の元素又は不可避不純物が含まれていてもよい。その他の成分の含有量は、アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜における窒素含有量又はその他の元素組成によっても異なる。
アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜における酸素の含有量は、一般的には、10.0原子%以下であることが好ましく、より好ましくは5.0原子%以下である。また、酸素の含有量は、3原子%以上であることが好ましく、より好ましくは5原子%以上である。
アルミニウム合金窒化膜におけるCuの含有量は、3原子%以上であることが好ましく、より好ましくは5原子%以上である。また、Cuの含有量は、20原子%以下であることが好ましく、より好ましくは15原子%以下である。
アルミニウム合金窒化膜におけるYの含有量は、1原子%以上であることが好ましく、より好ましくは2原子%以上である。また、Yの含有量は、2.9原子%以下であることが好ましく、より好ましくは2.5原子%以下である。
アルミニウム合金窒化膜におけるSiの含有量は、1原子%以上であることが好ましく、より好ましくは1.5原子%以上である。また、Siの含有量は、3原子%以下であることが好ましく、より好ましくは2.5原子%以下である。
アルミニウム合金窒化膜におけるTiの含有量は、0.5原子%以上であることが好ましく、より好ましくは1原子%以上である。また、Tiの含有量は、7原子%以下であることが好ましく、より好ましくは5原子%以下である。
アルミニウム合金窒化膜におけるNdの含有量は、1原子%以上であることが好ましく、より好ましくは2原子%以上である。また、Ndの含有量は、5原子%以下であることが好ましく、より好ましくは4.5原子%以下である。
不可避不純物としてはC、Fe又はMg等の金属元素が挙げられる。不可避不純物の含有量の上限は、合計で0.1原子%未満であることが好ましい。
(アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜:第3層)
アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜である第3層4は積層膜の低反射化を実現するために機能するための光学調整層として機能する。そのため、第3層は、アルミニウム又はアルミニウム合金の窒化膜である第2層の直上又は直下に設けることが好ましい。金属膜の低反射化を目的とするため、例えば、図1に示すように第3層を表面側に設けてもよいし、図2に示すように基板側に設けてもよく、その位置は光の入射側又は視認する側に依存する。
アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜である第3層4は積層膜の低反射化を実現するために機能するための光学調整層として機能する。そのため、第3層は、アルミニウム又はアルミニウム合金の窒化膜である第2層の直上又は直下に設けることが好ましい。金属膜の低反射化を目的とするため、例えば、図1に示すように第3層を表面側に設けてもよいし、図2に示すように基板側に設けてもよく、その位置は光の入射側又は視認する側に依存する。
第3層が単層である場合、以下の(1)~(3)のいずれか1であることを特徴とする。
(1)50原子%以上60原子%以下の酸素を含む、アルミニウム酸化膜又はアルミニウム合金酸化膜
(2)50原子%以上60原子%以下の酸素及び1原子%以上10原子%以下の窒素を含む、アルミニウム酸窒化膜又はアルミニウム合金酸窒化膜
(3)50原子%以上60原子%以下の窒素を含む、アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜
(1)50原子%以上60原子%以下の酸素を含む、アルミニウム酸化膜又はアルミニウム合金酸化膜
(2)50原子%以上60原子%以下の酸素及び1原子%以上10原子%以下の窒素を含む、アルミニウム酸窒化膜又はアルミニウム合金酸窒化膜
(3)50原子%以上60原子%以下の窒素を含む、アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜
前記(1)のアルミニウム酸化膜又はアルミニウム合金酸化膜における酸素の含有量は、50原子%以上である。また、酸素の含有量は、60原子%以下である。酸素の含有量が50原子%以上であることにより、低反射性を実現することができる。また、酸素の含有量が60原子%以下であることにより、ウェットエッチング法での加工性を確保できる。
前記(2)のアルミニウム酸窒化膜又はアルミニウム合金酸窒化膜における酸素の含有量は、50原子%以上である。また、酸素の含有量は、60原子%以下である。酸素の含有量が50原子%以上であることにより、低反射性を実現することができる。また、酸素の含有量が60原子%以下であることにより、ウェットエッチング法での加工性を確保できる。
前記(2)のアルミニウム酸窒化膜又はアルミニウム合金酸窒化膜における窒素の含有量は、1原子%以上である。また、窒素の含有量は、10原子%以下であり、好ましくは7原子%以下である。窒素の含有量が上記範囲になることで、低反射性とウェットエッチング加工性を確保できる。
前記(2)のアルミニウム酸窒化膜又はアルミニウム合金酸窒化膜における酸素と窒素の含有量の合計は、50原子%以上であることが好ましく、より好ましくは55原子%以上である。また、65原子%以下であることが好ましく、より好ましくは62原子%以下である。酸素と窒素の含有量の合計が55原子%以上であることにより、低反射性と高い透過性を確保できる。また、酸素と窒素の含有量の合計が65原子%以下であることにより、ウェットエッチング加工性を確保できる。
前記(3)のアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜における窒素の含有量は、50原子%以上であり、好ましくは55原子%以上である。また、窒素の含有量は、60原子%以下である。窒素の含有量が50原子%以上であることにより、低反射性を実現することができる。また、窒素の含有量が60原子%以下であることにより、ウェットエッチング加工性を確保できる。
アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜の膜厚は、その組成及び積層する金属膜の種類等によっても異なるが、反射率をより低減できることから20nm以上が好ましく、より好ましくは25nm以上である。膜厚が厚くなりすぎると、成膜プロセス時間の超過につながるため、200nm以下が好ましく、より好ましくは150nm以下である。
アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜は、スパッタリング法又は蒸着法等により成膜することができる。スパッタリング法を用いてアルミニウム合金窒化薄膜を成膜する場合、スパッタリング条件を変えることで、膜厚を調整することができる。
アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜は上記成分以外のその他の成分として銅(Cu)、ネオジム(Nd)、鉄(Fe)、炭素(C)等の元素又は不可避不純物が含まれていてもよい。その他の成分の含有量は、アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜における酸素含有量若しくは窒素含有量又はその他の元素組成によっても異なる。
アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜におけるCuの含有量は3原子%以上であることが好ましく、より好ましくは5原子%以上である。Cuの含有量は、20原子%以下であることが好ましく、より好ましくは15原子%以下である。
アルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜におけるNdの含有量は1原子%以上であることが好ましく、より好ましくは2.0原子%以上である。Ndの含有量は、5原子%以下であることが好ましく、より好ましくは4.5原子%以下である。
不可避不純物としてはC、Fe又はMg等の金属元素が挙げられる。不可避不純物の含有量の上限は、合計で0.1原子%未満であることが好ましい。
(密着層又は保護層)
密着層又は保護層5は、金属電極薄膜の種類によって、密着性の改善又は耐食性の改善を目的として適宜設ける。具体的には、例えば、金属電極薄膜が純アルミニウム薄膜又はアルミニウム合金薄膜である場合には、加熱によるヒロック発生を抑制するため、保護層としてTi、Mo、TiN又はMoNを積層することが好ましい。
密着層又は保護層5は、金属電極薄膜の種類によって、密着性の改善又は耐食性の改善を目的として適宜設ける。具体的には、例えば、金属電極薄膜が純アルミニウム薄膜又はアルミニウム合金薄膜である場合には、加熱によるヒロック発生を抑制するため、保護層としてTi、Mo、TiN又はMoNを積層することが好ましい。
また、例えば、金属電極薄膜が純Cu薄膜又はCu合金薄膜である場合には、密着性の向上又は耐熱性向上を目的としてTi、TiN、Ta、TaN、SiN又はSiCNを積層することが好ましい。また、例えば、金属電極薄膜が純Ag薄膜又はAg合金薄膜である場合には、密着性の向上又は耐熱性向上を目的としてITO(Indium Tin Oxide)薄膜又はIZO(Indium Zinc Oxide)薄膜に代表される透明導電膜を積層することが好ましい。
密着層又は保護層はスパッタリング法、CVD法(Chemical Vapor Deposition)又は蒸着法等により成膜することができる。密着層又は保護層の膜厚は、金属電極薄膜の種類等にもよっても異なるが、連続的に表面が平坦な膜を得るためには10nm以上が好ましく、より好ましくは15nm以上である。また膜厚の増加は成膜プロセス時間が長くなるため、500nm以下が好ましく、より好ましくは300nm以下である。スパッタリング法を用いて密着層又は保護層を成膜する場合、スパッタリング条件を変えることで、膜厚を調整することができる。
以下に、実施例及び比較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、これらの実施例に限定されるものではなく、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。
[評価方法]
(1)窒化薄膜中の窒素量
純アルミニウム窒化薄膜及びアルミニウム合金窒化薄膜における膜中窒素量(膜中N濃度)(原子%)はPerkinElmer社製のPHI650走査型オージェ電子分光装置を用いて、エネルギー 3keV、電流 約50nAの電子線を75°の角度で膜表面に照射し、オージェ(Auger)スペクトルを測定した。膜の深さ方向については、Ar+のイオンスパッタでエッチングしながら、上記と同様の条件で測定を行った。
(1)窒化薄膜中の窒素量
純アルミニウム窒化薄膜及びアルミニウム合金窒化薄膜における膜中窒素量(膜中N濃度)(原子%)はPerkinElmer社製のPHI650走査型オージェ電子分光装置を用いて、エネルギー 3keV、電流 約50nAの電子線を75°の角度で膜表面に照射し、オージェ(Auger)スペクトルを測定した。膜の深さ方向については、Ar+のイオンスパッタでエッチングしながら、上記と同様の条件で測定を行った。
(2)単膜の反射率、透過率及び吸収率
純アルミニウム窒化薄膜及びアルミニウム合金窒化薄膜における反射率及び透過率は、日本分光社製V-570分光光度計を用い、波長400nm~800nmの反射率スペクトルと透過率スペクトルを測定した。表1には波長450nm、550nm及び650nmにおける反射率と透過率を記載した。また各波長における吸収率は下記式より求めた。
吸収率(%)=100-反射率(%)-透過率(%)
純アルミニウム窒化薄膜及びアルミニウム合金窒化薄膜における反射率及び透過率は、日本分光社製V-570分光光度計を用い、波長400nm~800nmの反射率スペクトルと透過率スペクトルを測定した。表1には波長450nm、550nm及び650nmにおける反射率と透過率を記載した。また各波長における吸収率は下記式より求めた。
吸収率(%)=100-反射率(%)-透過率(%)
(3)窒化薄膜、金属電極薄膜及びアルミニウム合金窒化積層薄膜の電気抵抗率及びシート抵抗
窒化薄膜、金属電極薄膜及びアルミニウム合金窒化積層薄膜のシート抵抗はそれぞれ四端子法で測定した。なお窒化薄膜及び金属電極薄膜の単膜の電気抵抗率は、上記で得られたシート抵抗の値に膜厚を掛けることにより算出した。
窒化薄膜、金属電極薄膜及びアルミニウム合金窒化積層薄膜のシート抵抗はそれぞれ四端子法で測定した。なお窒化薄膜及び金属電極薄膜の単膜の電気抵抗率は、上記で得られたシート抵抗の値に膜厚を掛けることにより算出した。
(4)積層薄膜の反射率
積層薄膜の反射率は、日本分光社製V-570分光光度計を用い、波長400nm~800nmの反射率スペクトルを測定した。
積層薄膜の反射率は、日本分光社製V-570分光光度計を用い、波長400nm~800nmの反射率スペクトルを測定した。
[金属電極薄膜の評価:試験例1-1~1-22]
金属電極薄膜の評価を行うため、表1に示す組成となるように、下記条件でスパッタリング法により金属電極薄膜を成膜した。基板には厚みが0.7mmのCorning社製EAGLE XGガラスを用いた。
金属電極薄膜の評価を行うため、表1に示す組成となるように、下記条件でスパッタリング法により金属電極薄膜を成膜した。基板には厚みが0.7mmのCorning社製EAGLE XGガラスを用いた。
(スパッタリング条件)
・成膜装置:ULVAC社製 型式CS-200
・ガス圧:2mTorr
・成膜ガス:Arガス
・成膜パワー:DC500W
・基板温度:室温
・成膜装置:ULVAC社製 型式CS-200
・ガス圧:2mTorr
・成膜ガス:Arガス
・成膜パワー:DC500W
・基板温度:室温
なお、アルミニウム合金窒化薄膜及び金属電極薄膜の膜厚は成膜時間を変更することで調整した。得られた薄膜の膜厚は触針式段差計により測定した。得られた試験例1-1~1-22の金属電極薄膜の組成及び評価結果を表1に示す。
表1に示すように、いずれの金属電極薄膜も電気抵抗率が15μΩ・cm以下であって、高い導電性を示し、第1層として利用可能であることがわかった。
[アルミニウム窒化薄膜又はアルミニウム合金窒化薄膜の評価:試験例2-1~2-27]
アルミニウム合金窒化薄膜の光吸収特性についての評価を行うため、純アルミニウム薄膜又は純アルミニウム窒化薄膜(試験例2-1~2-4)、及びアルミニウム合金窒化薄膜(試験例2-5~2-27)を表2に記載の組成となるように下記条件でスパッタリング法により成膜した。基板には厚みが0.7mmのCorning社製EAGLE XGガラスを用いた。
アルミニウム合金窒化薄膜の光吸収特性についての評価を行うため、純アルミニウム薄膜又は純アルミニウム窒化薄膜(試験例2-1~2-4)、及びアルミニウム合金窒化薄膜(試験例2-5~2-27)を表2に記載の組成となるように下記条件でスパッタリング法により成膜した。基板には厚みが0.7mmのCorning社製EAGLE XGガラスを用いた。
(スパッタリング条件)
・成膜装置:ULVAC社製 型式CS-200
・ガス圧:2mTorr
・成膜ガス:Arガス及びN2ガスからなる混合ガス
・成膜パワー:DC500W
・基板温度:室温
・成膜装置:ULVAC社製 型式CS-200
・ガス圧:2mTorr
・成膜ガス:Arガス及びN2ガスからなる混合ガス
・成膜パワー:DC500W
・基板温度:室温
なお、表2に示す膜中窒素量(膜中N濃度)(原子%)になるように、Arガス及びN2ガスの混合量を変化させた成膜ガスにより成膜した。得られた試験例2-1~2-27の純アルミニウム薄膜、純アルミニウム窒化薄膜又はアルミニウム合金窒化薄膜の組成及び評価結果を表2に示す。表2中、波長450nm、550nm及び650nmにおける反射率が50%以下であれば、評価を「○」とした。
表2に示すように、試験例2-1~2-4は、純アルミニウム薄膜又は純アルミニウム窒化薄膜である。膜中の窒素量が40原子%以上である試験例2-4は、反射率が50%以下であり、要求を満たした。一方、膜中の窒素量が40原子%未満である試験例2-1~2-3は、反射率が50%超であり、要求を満たさなかった。
試験例2-5~2-10は、AlとCuを含むアルミニウム合金窒化薄膜である。膜中の窒素量が40原子%以上である試験例2-7~2-10は、反射率が50%以下であり、要求を満たした。一方、膜中の窒素量が40原子%未満である試験例2-5~2-6は、反射率が50%超であった。
試験例2-11~2-27はAlとCuを含み、Y、Si、Ti及びNdから選ばれる少なくとも1種を含むアルミニウム合金窒化薄膜である。膜中の窒素量が40原子%以上である試験例2-12~2-27は、反射率が50%以下であり、要求を満たした。一方、膜中の窒素量が40原子%未満である試験例2-11は、反射率が50%超であり、要求を満たさなかった。
これらの結果から、アルミニウム又はアルミニウム合金の窒化膜中の窒素量を40原子%以上とすることにより、反射率が50%以下となることがわかった。
[アルミニウム酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜、並びにアルミニウム合金酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜の評価:試験例3-1~3-11]
アルミニウム酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜、並びにアルミニウム合金酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜の分光特性を評価するため、純アルミニウム酸化薄膜(試験例3-1)、純アルミニウム酸窒化薄膜(試験例3-2)、純アルミニウム窒化薄膜(試験例3-3)、アルミニウム合金酸化薄膜(試験例3-4及び3-10)、アルミニウム合金酸窒化薄膜(試験例3-5~3-7および3-11)、アルミニウム合金窒化薄膜(試験例3-8及び3-9)を表3に示す組成となるように下記条件でスパッタリング法により成膜した。基板には厚みが0.7mmのCorning社製EAGLE XGガラスを用いた。
アルミニウム酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜、並びにアルミニウム合金酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜の分光特性を評価するため、純アルミニウム酸化薄膜(試験例3-1)、純アルミニウム酸窒化薄膜(試験例3-2)、純アルミニウム窒化薄膜(試験例3-3)、アルミニウム合金酸化薄膜(試験例3-4及び3-10)、アルミニウム合金酸窒化薄膜(試験例3-5~3-7および3-11)、アルミニウム合金窒化薄膜(試験例3-8及び3-9)を表3に示す組成となるように下記条件でスパッタリング法により成膜した。基板には厚みが0.7mmのCorning社製EAGLE XGガラスを用いた。
(スパッタリング条件)
・成膜装置:ULVAC社製 型式CS-200
・ガス圧:2mTorr
・成膜ガス:Arガス、N2ガス及びO2ガスからなる混合ガス
・成膜パワー:DC500W
・基板温度:室温
・成膜装置:ULVAC社製 型式CS-200
・ガス圧:2mTorr
・成膜ガス:Arガス、N2ガス及びO2ガスからなる混合ガス
・成膜パワー:DC500W
・基板温度:室温
なお、成膜ガスは表3に示す膜中窒素量(膜中N濃度)(原子%)になるように、ArガスとN2ガス及びO2ガスの混合量を変えて成膜を行った。得られた試験例3-1~3-11の薄膜の組成及び評価結果を表3に示す。表3中、反射率が35%以下で、電気抵抗率が1.0×107μΩ・cm以上であれば、評価を「○」とした。
表3に示すように、50原子%以上60原子%以下の酸素を含むアルミニウム酸化膜又はアルミニウム合金酸化膜である試験例3-1、3-4及び3-10は、反射率が35%以下、電気抵抗率が1.0×107μΩ・cm以上であり、要求を満たした。
また、50原子%以上60原子%以下の酸素、1原子%以上10原子%以下の窒素を含むアルミニウム酸窒化膜又はアルミニウム合金酸窒化膜である試験例3-2、3-5~3-7及び3-11は、反射率が35%以下、電気抵抗率が1.0×107μΩ・cm以上であり、要求を満たした。
さらに、50原子%以上60原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜である試験例3-3及び3-9は、反射率が35%以下、電気抵抗率が1.0×107μΩ・cm以上であり、要求を満たした。
一方、膜中の窒素濃度が50原子%未満のアルミニウム合金窒化膜である試験例3-8は、反射率が35%超と高く、電気抵抗率が1.0×107μΩ・cm未満であり、要求を満たさなかった。
[試験例4-1~4-22]
表4に、第1層を表1で示した各金属電極薄膜として、該第1層に表4に示す第2層及び第3層を積層した場合の積層膜の例を示す。表4において、ウェットエッチング加工性は、一括ウェットエッチング加工が可能であれば「OK」とした。
表4に、第1層を表1で示した各金属電極薄膜として、該第1層に表4に示す第2層及び第3層を積層した場合の積層膜の例を示す。表4において、ウェットエッチング加工性は、一括ウェットエッチング加工が可能であれば「OK」とした。
表4に示すように、電気抵抗率が15μΩ・cm以下である金属薄膜である第1層、40原子%以上61原子%以下の窒素を含むアルミニウム合金窒化膜である第2層、並びに50原子%以上60原子%以下の酸素及び1原子%以上10原子%以下の窒素を含むアルミニウム酸窒化膜である第3層を積層することで低反射性、導電性及びエッチング加工性を両立する積層膜が得られることがわかった。
[試験例5-1~5-27]
表5に、第2層を表2で示したアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜として、該第2層に表5に示す第1層及び第3層を積層した積層膜の例を示す。表5において、ウェットエッチング加工性は、一括ウェットエッチング加工が可能であれば「OK」とした。
表5に、第2層を表2で示したアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜として、該第2層に表5に示す第1層及び第3層を積層した積層膜の例を示す。表5において、ウェットエッチング加工性は、一括ウェットエッチング加工が可能であれば「OK」とした。
表5に示すように、試験例5-1~5-3、5-5、5-6及び5-11は、第2層の単膜反射率が50%以上と高いことから、第1層及び第3層を積層しても反射率が15.0%超と高く、要求する低反射性を満たすことができないことがわかった。
[試験例6-1~6-13]
表6には、第3層を表3で示した、アルミニウム合金酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜とし、該第3層に表6に示す第1層及び第2層を積層した積層膜の例を示す。表6において、ウェットエッチング加工性は、ウェットエッチング法で一括加工可能であれば「OK」、一括加工できなければ「NG」とした。
表6には、第3層を表3で示した、アルミニウム合金酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜とし、該第3層に表6に示す第1層及び第2層を積層した積層膜の例を示す。表6において、ウェットエッチング加工性は、ウェットエッチング法で一括加工可能であれば「OK」、一括加工できなければ「NG」とした。
表6において、反射率(450nm、550nm及び650nm)が15.0%以下であり且つウェットエッチング加工性が「OK」であれば「○」、反射率(450nm、550nm及び650nm)が15.0%以下であり且つウェットエッチング加工性が「NG」であれば「△」、反射率(450nm、550nm及び650nm)が15.0%超である場合は「×」と評価した。
表6に示すように、電気抵抗率が15μΩ・cm以下である金属薄膜である第1層、40原子%以上61原子%以下の窒素を含むアルミニウム合金窒化膜である第2層、並びに50原子%以上60原子%以下の酸素を含むアルミニウム酸化膜若しくはアルミニウム合金酸化膜、50原子%以上60原子%以下の酸素及び1原子%以上10原子%以下の窒素を含むアルミニウム酸窒化膜若しくはアルミニウム合金酸窒化膜、又は50原子%以上60原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜若しくはアルミニウム合金窒化膜である第3層を積層した試験例6-2~6-9及び6-11~6-13は、低反射性、導電性及びエッチング加工性を両立する積層膜が得られることがわかった。
一方、試験例6-1は反射率が15.0%以上と高く、要求を満たさなかった。また、単膜反射率が高い試験例3-8の第3層を積層した試験例6-10は、反射率が15.0%以上と高く、要求を満たさなかった。
本発明を特定の態様を参照して詳細に説明したが、本発明の精神と範囲を離れることなく様々な変更および修正が可能であることは、当業者にとって明らかである。なお、本出願は、2016年6月7日付けで出願された日本特許出願(特願2016-113599)に基づいており、その全体が引用により援用される。
1 基板
2 第1層(導電層)
3 第2層(アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜)
4 第3層(アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜)
5 密着層又は保護層
2 第1層(導電層)
3 第2層(アルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜)
4 第3層(アルミニウム又はアルミニウム合金の酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜)
5 密着層又は保護層
Claims (3)
- 第1層、第2層及び第3層がこの順に積層された積層膜であって、
第1層が、電気抵抗率が15μΩ・cm以下である金属薄膜であり、
第2層が、40原子%以上61原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜又はアルミニウム合金窒化膜であり、
第3層が、50原子%以上60原子%以下の酸素を含むアルミニウム酸化膜若しくはアルミニウム合金酸化膜、50原子%以上60原子%以下の酸素及び1原子%以上10原子%以下の窒素を含むアルミニウム酸窒化膜若しくはアルミニウム合金酸窒化膜、又は50原子%以上60原子%以下の窒素を含むアルミニウム窒化膜若しくはアルミニウム合金窒化膜である積層膜。 - 請求項1に記載の積層膜を備えた表示装置。
- 請求項1に記載の積層膜を備えた入力装置。
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NENP | Non-entry into the national phase |
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