KR0174456B1

KR0174456B1 - 광로조절 장치의 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR0174456B1
Application number: KR1019950038510A
Authority: KR
Inventors: 전용배
Original assignee: 배순훈; 대우전자주식회사
Priority date: 1995-10-31
Filing date: 1995-10-31
Publication date: 1999-03-20
Also published as: KR970023640A

Abstract

본 발명은 구동 기판 및 비구동 기판으로 나누어진 실리콘 웨이퍼상에 광로 조절 장치를 소정 형상으로 패터닝시키는 방법에 관한 것으로, 전기 접점 단자로 작용하는 패드가 복수개 형성된 실리콘 웨이퍼상에 보호층 및 스톱층을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 스톱층상에 소정 형상의 희생층을 형성시키는 단계와, 상기 희생층상에 멤브레인을 형성시키는 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼의 구동 기판상에 하부 전극, 변형부 및 상부 전극을 순차적으로 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 그리고 상기 구동 기판상에 형성된 상기 희생층을 제거하는 단계로 이루어지며 이에 의해서 상기 희생층의 습식 식각 제거시 상기 보호층이 화학적 손상을 받는 것을 방지시켜서 패드를 양호하게 절연시킨다.

Description

광로 조절 장치의 패턴 형성 방법

제1도는 일반적인 광로 조절 장치를 도시한 개략적으로 도시한 단면도.

제2도는 종래 실시예에 따라서 실리콘 웨이퍼의 구동 기판과 비구동 기판사이의 경계면에 형성된 패턴을 도시한 부분 확대 사시도.

제3a도 내지 제3c도는 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 공정도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호 설명

300 : 실리콘 웨이퍼 310 : 구동 기판

310a : 비구동 기판 320 : 패드

331 : 보호층 332 : 스톱층

342 : 멤브레인 343 : 하부 전극

344 : 변형부 345 : 상부 전극

본 발명은 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 특히 실리콘 웨이퍼상에 형성된 구동 기판과 비구동 기판사이의 경계면을 통하여 노출된 상기 실리콘 웨이퍼의 일부가 화학적 손상을 받는 것을 방지시키기 위한 조절 장치의 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 광로 조절 장치는 제어시스템으로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 집속된 광속의 광로를 조절시키기 위한 장치로서, 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 전기적 접점 단자로 작용하는 복수개의 트랜지스터 패드(120)가 내장된 실리콘 웨이퍼의 구동 기판(110)상에 교번되어 순차적으로 적층된 다수의 절연층 및 도전층을 구비한 액츄에이터(140)를 구비하고 있다. 이때, 상기 액츄에이터(140)는 그의 일단부가 상기 구동 기판(110)으로부터 소정 간격으로 이격된 캔틸레버 구조(cantilever)로 형성되어 있으며 여기에서 상기된 바와 같은 다수의 절연층 및 도전층은 멤브레인(142), 하부 전극(143), 변형부(144), 상부 전극(145)으로 구성된다.

또한, 광로 조절 장치는 제1도에 확대 도시된 바와 같이 상기 패드(120)를 보호할 수 있는 인이 도핑된 실리콘 산화물(PSG:phosphosilicate glass)의 보호층(131) 및 상기 보호층(131)이 패턴 형성 공정시 손상되는 것을 방지할 수 있는 실리콘 질화물(Si₃N₄) 조성의 스톱층(stio layer)(132)을 구비하고 있다.

한편, 제2도를 참조하면, 상기 실리콘 웨이퍼(100)는 상기된 바와 같이 복수개의 액츄에이터(140)가 형성된 구동 기판(110)과 상기 액츄에이터(140)가 형성되지 않은 비구동 기판(110a)으로 나누어지며 상기 구동 기판(110)과 비구동 기판(110a) 사이의 경계면을 통하여 상기 스톱층(132)의 일부가 노출된다. 이때, 상기 스톱층(132)의 일부는 상대적으로 얇은 두께로 형성되어 있으므로 이 후의 식각 공정에 의하여 상기 스톱층(132)이 손상되고 이에 의해서 상기 보호층(131)의 일부가 이 후의 공정에 의하여 화학적 손상을 받게 되며 그 결과 상기 패드의 누설 전류가 발생되어서 광로 조절 장치의 성능을 저하시킨다는 문제점이 발생한다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로 그 목적은 광로 조절 장치의 액추에이터를 소정 형상으로 패터닝시키기 위한 식각 공정의 수행에 의하여 실리콘 웨이퍼의 구동기판과 비구동 기판사이의 경계 부분을 통하여 노출되 보호층이 손상되는 것을 방지시키며 또한 패드간에 누설 전류가 발생되는 것을 방지시킬 수 있는 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따르면, 상기의 목적은 전기 접점 단자로 작용하는 패드가 복수개 형성된 실리콘 웨이퍼상에 보호층 및 스톱층을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 스톱층상에 소정 형상의 희생층을 형성시키는 단계와, 상기 희생층상에 멤브레인을 형성시키는 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼의 구동 기판상에 하부 전극, 변형부 및 상부 전극을 순차적으로 형성시키고 패턴이시키는 단계와, 그리고 상기 구동 기판상에 형성된 상기 희생층을 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 제조 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 한 특징에 따르면, 상기 멤브레인 상기 실리콘 웨이퍼의 구동 기판과 비구동 기판사이에 소정 두께로 잔존한다.

이하, 첨부된 도면을 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3a도 내지 c는 본 발명의 일실시예에 따라서 실리콘 웨이퍼의 구동 기판과 비구동 기판사이의 경계부분을 소정 형상으로 패터닝시키기 위한 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법을 순차적으로 도시한 공정도이다.

즉, 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법은 전기적 접점 단자로 작용하는 패드(320)가 복수개 형성된 실리콘 웨이퍼(300)상에 보호층(331) 및 스톱층(332)을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 스톱층(332)상에 소정 형상의 희생층(341)을 형성시키는 단계와, 상기 희생층(341)상에 멤브레인(342)을 형성시키는 단계와, 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 구동 기판(310)상에 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 순차적으로 형성시키고 패터닝시키는 단계와, 그리고 상기 구동 기판(310)상에 형성된 상기 희생층(341)의 일부를 제거하는 단계로 이루어진다.

먼저, 제3a도를 참조하면, 전기적 접점 단자로 작용하는 패드(320)는 도시되어 있지 않은 제어 시스템과 전기적으로 연결되어 있는 복수개의 트랜지스터를 내장하고 있는 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 표면상에 매트릭스 구조로 복수개 형성되어 있다. 이때, 상기 실리콘 웨이퍼(300)상에 화학 기상 증착 공정(CVD) 또는 급가열 공정(rapid thermal process)에 의하여 절연 물질을 소정 두께로 적층시킴으로서 상기 패드(310)를 보호하기 위한 보호층(331)을 형성시킨다.

여기에서, 상기 절연 물질은 상기 실리콘 웨이퍼(300) 상에 형성된 패드(330)가 상호간에 전기적으로 도통되는 것을 방지시키기 위한 절연 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 상기 패드(320)의 표면 보호 특성을 나타내는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 절연 물질은 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)의 스텝 커버리즈(step coverage)를 양호하게 유지시킬 수 있도록 약 1000℃ 내지 1100℃의 고온에서 양호한 유동 특성을 나타내는 인이 함유된 산화 실리콘(PSG; phosphosilicate glass)으로 구성된다.

이때, 상기 인이 함유된 산화 실리콘(PSG)은 화학 기상 증착공정(CVD)시 H₂O, N₂ 및 O₂ 분위기하에서 약 1 내지 25기압의 압력과 약 1000 내지 1100℃ 정도의 온도 조건하에 SiO₂를 상기 실리콘 웨이퍼(300)상에 증착시키는 동안 PH₃형태로 인을 첨가시킴으로서 P₂O₅·SiO₂와 같은 2원계 산화물로 구성된다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 절연 물질은 상기 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG)의 유동 특성 온도보다 낮은 온도 예를 들면 약 700℃ 정도의 온도에서 양호한 유동 특성을 나타낼 수 있도록 상기 인이 함유된 실리콘 산화물 조성에 B₂H₆성분을 첨가시킴으로서 형성된 B₂O₃·P₂O₅·SiO₂조성의 3원계 산화물 즉 BPSG(borophosphosilicate glass)로 구성된다.

한편, 상기 보호층(331) 상에 불산 용액에 대한 내식성이 양호한 절연 물질을 저압 화학 기상 증착 공정(LPCVD) 또는 플라즈마 화학 기상 증착 공정(PECVD)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 스톱층(332)을 형성시킨다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 스톱층(332)을 구성하는 절연 물질은 양호한 절연 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 상기된 바와 같이 불산(HF) 용액에 대한 내식성이 양호한 실리콘 질화물(Si₃N₄)조성으로 이루어진다.

한편, 상기 스톱층(332)상에 상기된 바와 같이 인이 함유된 실리콘 산화물 즉 포스포 실리게이트 글라스(PSG) 또는 다결정 실리콘을 스핀 온 코팅 공정(spin-on coating)과 같은 물리 기상 증착 공정(PVD:phisical vapour deposition) 또는 화학 기상 증착 공정(CVD:chemical vapour deposition)에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 형성된 희생층(sacrificial layer)(341)을 소정 형상으로 패터닝시킨다.

한편, 상기 희생층(341)을 패터닝시키기 위한 본 발명의 일실시예에 따르면소정 두께로 형성된 상기 희생층(341) 상에 포토 레지스트(PR)를 소정 두께로 도포시켜서 감광층을 형성시킨 후, 포토 리쏘그래피 공정(photo lithography)에 의하여 상기 감광층을 소정 형상으로 패터닝시킨다. 즉, 상기 포토 리쏘그래피 공정에 따르면, 포토 마스크 또는 스텝퍼(stepper)를 사용하여 상기 감광층의 일부를 자외선에 노광시키고 현상액에 현상시킴으로서 상기 감광층을 소정 형상으로 패터닝시키며 이후에 상기 감광층의 패턴을 노출된 상기 희생층(341)의 일부를 제거한다.

따라서, 상기 희생층(341)은 이 후의 공정에 의하여 상기 실리콘 웨이퍼(300)상에 복수개의 액츄에이터(340)가 형성되는 구동 기판(310) 뿐만 아니라 상기 액츄에이터(340)가 형성되지 않는 비구동 기판(310a)상에 소정 형상으로 형성된다.

한편, 제3b도를 참조하면, 상기된 바와 같이 소정 형상의 희생층(341)이 형성된 상기 스톱층(332)상에 양호한 절연 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 불산(HF) 용액에 대한 내성이 양호한 실리콘 질화물(SiN_x)을 상기된 바와 같은 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 멤브레인(342)을 형성시킨다. 이때, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면 상기 멤브레인(342)은 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 구동 기판(310)으로부터 연장되어서 상기 비구동 기판(310a)상에 형성되며 그 결과 상기 구동 기판(310)과 비구동 기판(310a) 사이의 경계 부분을 통하여 노출된 상기 스톱층(332)상에 소정 두께의 멤브레인(342)이 잔존한다.

또한, 제3c도를 참조하면, 상기 멤브레인(342)상에 백금 또는 알루미늄과 같은 도전성 금속을 스퍼터링 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로서 신호 전극으로 작용하는 하부 전극(343)을 형성시킨다. 이때, 상기 하부 전극(343)을 형성시키기 위하여 상기 증착 공정에 사용되는 마스크는 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 구동 기판(310)을 노출시키는 구조로 형성되어 있으므로 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 비구동 기판(310a)상에는 하부 전극(343)이 형성되지 않는다.

한편, 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)가 제어 시스템으로부터 인가되는 전기적 신호에 의하여 개별적으로 작동가능하도록 이방성 에칭 특성이 양호한 건식 식각 공정에 의하여 상기 하부 전극(343)의일부를 식각시킨다. 또한, 상기된 바와 같이 소정 형상으로 패터닝된 상기 하부 전극(343)상에 압전 특성을 나타내는 세라믹 조성물을 스퍼터링 증착 공정 및 졸-겔 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킴으로써 변형부(344)를 형성시킨다. 이때, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 세라믹 조성물은 BaTiO₃, Pb(Zr, Ti)O₃, (Pb, La)(Zr, Ti)O₃조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O₃ 조성의 전왜 세라믹으로 구성된다.

여기에서, 상기 변형부(344)의 적층 두께는 양호한 분극 특성을 나타낼 수 있도록 약 2000Å 내지 10000Å 정도로 유지시키고 특히 약 3000Å 내지 8000Å 정도로 유지시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기 변형부(344)를 구성하고 있는 상기 세라믹 조성물을 급가열 공정(rapid thermal annealing system)에 의하여 열처리시킴으로서 상기 변형부(344)의 결정 구조를 페로브스카이트(perovskite) 결정 구조로 형성시키며 이에 의해서 상기 변형부(344)는 상기된 바와 같이 제어 시스템으로부터 인가되는 전기장에 의하여 외형이 변하게 되는 압전 특성을 양호하게 나타낸다. 또한, 이에 부가하여 상기 변형부(344)상에 상기된 바와 같은 물리 기상 증착 공정(PVD)에 의하여 전기 전도도 및 반사 특성이 양호한 알루미늄 또는 백금 및 티타늄과 같은 금속을 소정 두께로 증착시킴으로서 상부 전극(345)을 형성시키며 이러한 상부 전극(345)은 공통 전극으로 작용한다. 이때, 상기 상부 전극(345) 및 변형부(344)의 일단부는 이방성 에칭 특성이 양호한 반응성 이온 식각 공정(RIE) 또는 이온 밀링 공정(ion milling)과 같은 건식 식각 공정에 의하여 식각되며 그 결과 상기 상부 전극(345) 및 변형부(344)의 패턴을 통하여 상기 하부 전극(343) 및 멤브레인(342)의 패턴을 노출시킨다.

이상, 상기된 바와 같이 소정 형상의 희생측(341)이 형성된 상기 스톱층(331)상에 멤브레인(342), 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 순차적으로 적층시킨 후 소정 형상으로 패터닝시킴으로서 액츄에이터(340)를 형성시킨다.

한편, 불산(HF)을 함유하는 에칭 용액을 사용하는 습식 식각 공정에 의하여 상기 구동 기판(310)상에 소정 형상으로 형성된 상기 희생층(330)을 식각 제거하며 이에 의해서 상기 액츄에이터(340)는 그의 자유 단부가 상기 구동 기판(310)으로부터 소정 간격으로 이격된 상태로 유지된 캔틸레버 형상으로 형성된다. 이때, 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 비구동 기판(301a)상에 소정형상으로 형성된 상기 희생층(341)의 일부는 상기된 바와 같은 습식 식각 공정에 의하여 제거되지 않고 상기 스톱층(132)상에 잔존한다.

한편, 상기 습식 식각 공정에 따르면, 상기 에칭 용액의 식각 작용에 의한 식각율은 상기 에칭 용액의 pH 값에 따라서 변하게 되며 여기에서 상기 애칭 용액이 불산으로 이루어져 있는 경우에 상기 희생층(130)은 하기의 식(①)으로 표시된 화학 반응에 의하여 식각되어 제거된다.

즉, 상기 희생층(330)은 불산 이온(F^-)의 식각 작용에 의해서 에칭되는 반면에 상기 식각 작용시 발생되는 수소 이온(H^＋)에 의해서 상기 에칭 용액의 pH 값이 변하게 되고 그 결과 상기 희생층(330)의 식각율이 변하게 된다.

따라서, 상기 희생층(330)의 식각율을 일정하게 유지시킬 수 있도록 상기 에칭 용액의 pH 값을 일정하게 유지시키기 위하여 상기 불화 수소에 불소화 암모늄(NH₄F)과 같은 완충 용액을 첨가시킨다.

즉, 상기 에칭 용액에 첨가되는 상기 불소화 암모늄(NH₄F)은 하기의 식(②)과 같은 화학 반응을 하게 되며 그 결과 발생되는 과잉 불소 이온(Ｆ^－)은 상기된 바와 같이 식각 작용에 의하여 소모된 불소 이온(Ｆ^－)을 보충시키고 이에 의해서 상기 에칭 용액의 pH 값은 일정하게 유지된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 불화 수소(HF)에 대한 상기 불소화 암모늄(NH₄F)의 완충비가 약 10:1 미만의 값을 가지며 특히 약 6:1의 값을 갖고 이에 의해서 상기 불소 이온(Ｆ^－)의 식각 작용에 의한 식각율은 활성화 에너지에 의해 조절된다.

이때, 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 구동 기판(310)과 비구동 기판(310a) 사이의 경계면상에 불산 용액에 대한 양호한 내성을 갖는 실리콘 질화물로 이루어진 스톱층(332) 및 멤브레인(342)이 소정 두께로 잔존하므로 상기 보호층(331)을 구성하는 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG)은 상기 불산 용액에 의해서 화학적 손상을 받지 않게 되며 그 결과 상기 보호층(331)은 상기 패드(320)에 대하여 양호한 절연 특성을 나타낸다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따라서 제작된 광로 조절 장치의 액츄에이터(340)는 제어 시스템으로부터 상기 하부 전극(343)에 전기적 신호가 인가됨과 동시에 상기 변형부(344)가 압전 특성에 의한 변형을 하게됨으로서 빛의 광로를 조절하게 된다.

이상, 상기 내용은 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명이 속하는 분야의 당업자는 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수종 및 변경을 가할 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 인이 함유된 실리콘 산화물로 이루어진 보호층은 희생층의 습식 시각 공정시 불산 용액에 내장 내성이 양호한 스톱층 및 멤브레인에 의하여 화학적 손상을 받지 않으며 이에 의해서 상기 보호층은 상호 인접한 패드에 대한 양호한 절연 특성을 나타낸다.

Claims

복수개의 액츄에이터가 형성되는 구동 기판(310)과 상기 액츄에이터(340)가 형성되지 않느 비구동 기판(310a)으로 나누어진 실리콘 웨이퍼(300)상에 광로 조절 장치를 패터닝시키는 방법에 있어서, 전기적 접점 단자로 작용하는 패드(320)가 복수개 형성된 실리콘 웨이퍼(300)상에 보호층(331) 및 스톱층(332)을 순차적으로 형성시키는 단계와, 상기 스톱층(332)상에 소정 형상의 희생층(341)을 형성시키는 단계와, 상기 희생층(341)상에 멤브레인(342)을 형성시키는 단계와, 상기 멤브레인(342)상에 하부 전극(343), 변형부(344) 및 상부 전극(345)을 순차적으로 형성시키고 패터닝시켜서 액츄에이터(340)를 형성시키는 단계와, 그리고 상기 구동 기판(310)상에 형성된 상기 희생층(341)의 일부를 제거하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 멤브레인(342)은 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 비구동 기판(310a)상에 잔존하는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법.
제2항에 있어서, 상기 멤브레인(342)은 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 구동 기판(310)과 비구동 기판(310a)사이의 경계 부분에 소정 두께로 잔존하는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 멤브레인(342)의 조성은 상기 스톱층(332)의 조성과 동일한 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법.
제1항에 있어서, 상기 액츄에이터(340)는 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 구동 기판(310)상에 형성되는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 패턴 형성방법.
제1항에 있어서, 상기 실리콘 웨이퍼(300)의 비구동 기판(310a) 상에 상기 희생층(341)의 일부가 잔존하는 것을 특징으로 하는 광로 조절 장치의 패턴 형성 방법.