KR100209146B1 - 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 관한 것으로서, 박막형 광로 조절 장치의 구동부가 형성될 표면을 평탄하게 제공하기 위하여, 능동 소자가 구비된 실리콘 기판을 준비하는 제1단계와, 상기 실리콘 기판상에 절연 물질을 소정 두께로 증착하여 패시베이션층을 형성하는 제2단계와, 상기 제2단계를 반복하여 패시베이션층을 평탄한 소정 두께로 형성하는 제3단계와, 상기 패시베이션층의 상부에 절연 물질을 저온 공정에 소정 두께로 적층하여 식각 스톱층을 형성하는 제4단계로 이루어진 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 의해 박막형 광로 조절 장치의 구동부가 형성될 평탄한 표면이 제공하며, 그 결과 미러면으로 작용하는 상부 전극이 균일한 모폴러지를 구비함으로써, 박막형 광로 조절 장치의 광효율을 증진시킬 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법

본 발명은 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 관한 것으로서, 특히 패시베이션층을 스핀 온 글래스(Spin On Glass: 이하, 'SOG'라 칭함) 공정을 이용하여 박막형 광로 조절 장치의 구동부가 형성될 평탄한 표면을 제공함으로써, 미러면의 광효율을 높일 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 화상 표시 장치는 표시 방법에 따라, 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다.

직시형 화상 표시 장치는 CRT(Cathode Ray Tube; 이하, 'CRT'라고 칭함.)등이 있는데, 이러한 CRT화상 표시 장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는 데 한계가 있다.

투사형 화상 표시 장치는 대화면 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display: 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD의 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다.

그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과 면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.

따라서, 액츄에이티드 미러 어레이(Actuated Mirror Arrays: 이하 'AMA'라 칭함)를 이용한 투사형 화상 표시 장치가 개발되었다.

AMA를 이용한 투사형 화상 표시 장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리한 후, 이 광을 액츄에이터들로 이루어진 광로 조절 장치의 구동에 의해 광로를 변경시킨다.

즉, 액츄에이터들에 실장되어 이 액츄에이터들이 개별적으로 구동되는 것에 의해 기울어지는 거울들에 각각 반사시켜 광로(Light Path)를 변경시키는 것에 의해 광의 양을 조절하여 화면으로 투사시킨다. 그러므로, 화면에 화상이 나타나게 된다.

상기에서, 액츄에이터는 압전 또는 전왜 세라믹으로 이루어진 변형부가 인가되는 전압에 의해 전계가 발생되어 변형되는 것을 이용하여 거울을 기울게 한다.

AMA는 구동방식에 따라 1차원 AMA와 2차원 AMA로 구별된다. 1차원 AMA는 거울들이 M × 1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울들이 M × N 어레이로 배열되고 있다. 따라서, 1차원 AMA를 이용한 투사형 화상 표시 장치는 주사거울을 이용하여 M × 1 개 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형 화상 표시 장치는 M × N 개의 광속들을 투사시켜 화상을 나타내게 된다.

또한, 액츄에이터는 변형부의 형태에 따라 벌크형(Bulk Type)과 박막형(Thin Film Type)으로 구분된다. 상기 벌크형은 다층 세라믹을 얇게 잘라 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(Ceramic Wafer)를 구동 기판에 실장한 후 쏘잉(Sawing)등으로 가공하고 거울을 실장한다. 그러나, 벌크형 액츄에이터는 액츄에이터들을 쏘잉에 의해 분리하여야 하므로 긴 공정시간이 필요하며, 또한, 변형부의 응답 속도가 느린 문제점이 있었다. 따라서, 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형의 액츄에이터가 개발되었다.

한편, 제1도는 상기 박막형의 액츄에이터를 구비하는 일반적인 박막형 광로 조절 장치의 한 단위 픽셀의 단면을 도시한 단면도로서, 동도면을 참조하면 상기 박막형 광로 조절 장치는 실리콘 기판(110), 패시베이션층(120), 식각 스톱층(130), 매탈 패드(105)로 구성된 구동 기판(100)과 플러그(205), 멤브레인(210), 하부 전극(220), 변형부(230), 상부 전극(240)으로 구성된 액츄에이터(200)를 구비하고 있다.

이하, 제1도에 도시된 바와 같은, 일반적인 박막형 광로 조절 장치는 매트릭스 형상의 능동 소자를 구비한 구동 기판(100) 상에 희생층을 형성하고, 상기 희생층의 상부에 복수개의 층으로 이루어진 소정 형상의 액츄에이터(200)를 형성한 후, 상기 희생층을 제거 시킴으로써 제조되며, 상기와 같이 제조된 박막형 광로 조절 장치는 외부의 제어 시스템으로부터 구동 기판(100)에 내장되어 있는 능동 소자를 통하여 상기 액츄에이터(200)의 상부 전극(240)에 전기적 신호가 인가되면 상기 하부 전극(220)과 상기 상부 전극(240)사이에 소정 크기의 전위차가 발생되고 이러한 전위차 발생에 의해 상기 변형부(230)는 압전 변형을 나타내며 이에 의하여 복수개의 액츄에이터(200)가 개별적으로 구동하게 된다.

즉, 반사면으로 작용하는 상기 상부 전극(240)의 표면으로 입사된 광원의 백색광은 상기 액츄에이터(200)의 구동에 의하여 변경된 광로를 따라 반사되어서 도시되어 있지 않은 스크린상에 화상을 표시하게 된다.

한편, 상기 박막형 광로 조절 장치는 구동 기판(100)에 매트릭스 구조로 형성된 MOS와 같은 복수개의 능동 소자로 인한 단차에 의해 구동 기판(100)은 평탄한 표면을 제공하지 못하며 이에 의해서 희생막(도시 생략된)상에 적층된 액츄에이터(200)의 구동부에 높은 단차가 발생됨으로써, 액츄에이터의 모폴러지(morpology)가 불균일하게 되어서 미러(mirror)로 이용되는 상부전극의 반사율이 저하되는 문제점이 있었다.

따라서, 이러한 문제점을 해소시키기 위한 종래의 일실시예에 따르면, 화학 반응과 기계적인 가공을 동시에 이용하는 화학적 기계 연마 공정(CMP; chemical mechanical polishing process)이 제안되었으며, 이러한 방법은 그 공정의 복잡함, 표면이 연마됨과 동시에 발생되는 찌꺼기를 제거하고 남을 슬러리(slurry)에 의한 오염, 재현성 부족 및 1.5이상의 큰 단차를 평탄화하는데 있어서 전체적인 균일성을 이루는 데 한계가 있는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소시키기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 박막형 광로 조절 장치의 구동부가 형성되는 표면을 평탄한 상태로 제조하여 상부 전극의 모폴러지를 개선함으로써, 광효율을 증진시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 있어서, 능동 소자가 구비된 실리콘 기판을 준비하는 제1단계와, 상기 실리콘 기판상에 절연물질을 소정 두께로 증착하여 패시베이션층을 형성하는 제2단계와, 상기 제2단계를 반복하여 패시베이션층을 평탄한 소정 두께로 형성하는 제3단계와, 상기 패시베이션층의 상부에 절연 물질을 저온 공정에 소정 두께로 적층하여 식각 스톱층을 형성하는 제4단계로 이루어진 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 제공한다.

제1도는 일반적인 박막형 광로 조절 장치를 개략적으로 도시한 단면도.

제2도는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 도시한 공정 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110 : 실리콘 기판 120 : 패시베이션층

130 : 식각 스톱층

본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야의 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 상세히 설명하면 다음과 같으며 제1도에 도시된 일반적인 박막형 광로 조절 장치와 동일한 구성은 동일 도면 부호를 사용한다.

제2도는 본 발명에 바람직한 일실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법을 도시한 공정 단면도로서, 실리콘 기판(110), 패시베이션층(120), 식각 스톱층(130)으로 구성되어 있다.

먼저, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법의 제1단계에 의해 반도체 집적 회로 제조 공정에 의하여 MOS와 같은 트랜지스터로 이루어진 복수개의 능동 소자(도시 생략된)가 매트릭스 구조로 형성된 실리콘 기판(110)을 준비한다.

이후, 본 발명의 제2단계로 상기 실리콘 기판(110)의 상부에 이 후에 수행되는 공정에서 상기 복수개의 능동 소자가 외부로부터 화학적 또는 물리적 손상을 받는 것을 방지시키기 위해 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG; phosphosilicate glass) 또는 BPSG(borophosphosilicate glass)를 소정 두께로 적층하여 패시베이션층(120)을 형성한다.

이때, 상기 패시베이션층(120)은 이후 공정에 의해 액츄에이터(200)가 형성될 평탄한 표면을 제공하기 위해 본 발명에 따라 스핀 온 글래스(SOG) 공정으로 형성하며, 그 공정은 다음과 같다.

먼저, 스피너 위에 능동 소자가 매트릭스 구조로 형성된 실리콘 기판(110)을 고정하고 그 상부에 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG)을 떨어뜨린후, 초기에 약 400~500rpm으로 10초간 회전시킨 후, 가속하여 약 3000~4000rpm으로 30초간 회전시킨다.

이때, 상기 스핀 온 글래스(SOG) 공정에 의하여 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG)은 상기 실리콘 기판(110) 상에 고르게 도포된다.

한편, 상기와 같은 스핀 온 글래스(SOG) 공정에 의하여 형성되는 패시베이션층(120)의 두께는 대략 5000의 두께로 형성된다.

따라서, 한 번의 스핀 온 글래스(SOG) 공정에 의해 상기 능동 소장에 의한 약 1.5정도의 큰 단차를 평탄화할 수 없으므로, 본 발명의 제3단계에 의해 상기 제2단계의 스핀 온 글래스(SOG) 공정을 수회 반복 실시한다.

이때, 상기 일회의 스핀 온 글래스(SOG) 공정에 의해 약 5000두께의 패시베이션층(120)이 형성되므로 약 1.5의 단차를 평탄화하기 위해서는 약 3~5회 정도 스핀 온 글래스(SOG) 공정을 반복수행하며, 그 결과 상기 패시베이션층(100)은 약 1.5~2.5의 두께로 형성되어, 상기 능동 소자에 의한 단차를 제거하며, 이후 공정에 의해 박막형 광로 조절 장치의 구동부가 형성될 평탄한 표면을 제공한다.

한편, 상기 스핀 온 글래스(SOG) 공정에 의해 인이 함유된 실리콘 산화물로 형성된 패시베이션층(120)은 고온에 매우 불안정하다.

따라서, 본 발명의 제4단계에서는, 상기 평탄한 표면으로 제공된 패시베이션층(120)의 상부에 절연 물질을 저온 공정에 의해 소정 두께로 적층하여, 이후 식각 공정에 사용되는 식각 용액에 의해 패시베이션층이 화학적 손상을 입는 것을 방지하기 위해 식각 스톱층(130)을 형성한다.

이때, 상기 절연 물질은 아몰퍼스 실리콘(Amorphous Silicon)으로서 200이하의 저온에서 플라즈마 화학 기상 증착 공정(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposion)에 의해 200~500의 두께 범위로 형성되며, 그 결과, 고온에 불안정한 상기 패시베이션층(120)은 안정화를 이룰 수 있다.

이후, 상기 평탄하게 제공된 표면상에 소정 공정에 의하여 멤브레인, 하부 전극, 변형부, 상부 전극과 같은 복수개의 층이 소정 형상으로 형성되며, 그 결과 상기 박막형 광로 조절 장치의 액츄에이터를 구성하는 상부 전극은 균일한 모폴러지를 구비할 수 있다.

본 발명에 의해, 박막형 광로 조절 장치의 구동부가 형성될 평탄한 표면이 제공되며, 그 결과 미러면으로 작용하는 상부 전극이 균일한 모폴러지를 구비함으로써, 박막형 광로 조절 장치의 광효율을 증진시킬 수 있다.

Claims (6)

1. 투사형 화상 표시 장치로 사용되는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법에 있어서, 능동 소자가 구비된 실리콘 기판을 준비하는 제1단계와; 상기 실리콘 기판상에 절연물질을 소정 두께로 증착하여 패시베이션층을 형성하는 제2단계와; 상기 제2단계를 반복하여 패시베이션층을 평탄한 소정 두께로 형성하는 제3단계와; 상기 패시베이션층의 상부에 절연 물질을 저온 공정에 소정 두께로 적층하여 식각 스톱층을 형성하는 제4단계로 이루어진 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2단계의 패시베이션층은, 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG)이나 BPSG중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 제2단계의 패시베이션층은, 스핀 온 글래스 공정(SOG)으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 제2단계의 패시베이션층은, 제3단계의 3~5회 반복되는 공정에 의해 1.5~2.5의 두께 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제4단계의 식각 스톱층은, 아몰퍼스 실리콘으로 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법.
6. 제1항 또는 5항에 있어서, 상기 제4단계의 식각 스톱층은, 200℃이하에서 플라즈마 화학 기상 증착 공정에 의해서 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 평탄화 방법.