KR100235607B1 - 박막형 광로 조절장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

액츄에이터 내부의 응력(stress)을 감소시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스의 상부에 보호층(passivation layer)을 형성하는 단계, 보호층의 상부에 광전류 차단층(photo current barrier layer)을 형성하는 단계, 광전류 차단층의 상부에 저응력층(low stress layer)을 형성하는 단계, 그리고 저응력층의 상부에 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터가 손상을 입게 되는 것을 방지하는 보호층의 기능 및 액티브 매트릭스가 식각되어 손상을 입게 되는 것을 방지하는 식각 방지층의 기능을 동시에 수행할 수 있는 저응력층을 형성함으로써, 적층되는 박막들의 수를 줄여서 박막들간에 형성되는 응력을 감소시킬 수 있으며, 차단층의 휘어짐(buckling)을 방지하여 액티브 매트릭스 상부의 평탄화를 용이하게 할 수 있으며, 후속하여 형성되는 액츄에이터의 컨틸레버 특성을 향상시킬 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 저응력층(low stress layer)을 형성하여 액티브 매트릭스 상부에 형성되는 박막들의 수를 줄여 박막들간에 발생하는 응력을 최소화할 수 있으며, 차단층의 휘어짐(buckling)을 방지하여 액티브 매트릭스 상부의 평탄화를 용이하게 함으로써, 후속하여 형성되는 액츄에이터의 컨틸레버 특성을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
광속을 조정할 수 있는 광로 조절 장치 또는 광 변조기는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치 등에 다양하게 응용될 수 있다. 일반적으로 그러한 장치는 광학적 특성에 따라 크게 두 종류로 분류된다. 그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 이에 해당하며, 다른 한 종류는 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), DMD(Deformable Mirror Device), AMA 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 이에 비하여, 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며, 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나 상기 액정 표시 장치는 광의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 떨어지고, 액정 물질의 응답 속도가 느리며 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다.
따라서, 상기의 문제점을 해결하기 위하여 AMA, 또는 DMD 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD가 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10％ 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 상기의 AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 유입되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 상기 반사된 빛은 슬릿(slit)을 통과하여 스크린에 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서 그 구조와 동작 원리가 간단하며, 액정 표시 장치나 DMD 등에 비해 높은 광효율을 얻을 수 있다. 또한 콘트라스트를 향상시켜 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있으며, 입사되는 광속의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 반사되는 광속의 극성에도 영향을 미치지 않는다.
AMA에 내장된 거울들은 각기 슬릿에 대응하도록 배열되며, 액츄에이터(actuator) 내부에 발생하는 전계에 의해 거울이 경사지게 된다. 따라서 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 조절하여, 스크린에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 일반적으로 각각의 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 상기 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 변형부의 구성 물질로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3) 나 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3)등의 압전 물질이 이용된다. 또한 PMN(Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질을 상기 변형부의 구성 재료로서 사용할 수 있다.
이러한 광로 조절 장치인 AMA는 크게 벌크(bulk)형 장치와 박막(thin film)형 장치로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 예를 들면 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um, et al.), 제5,159,225호(issued to Gregory Um), 제5,175,465호(issued to Gregory Um, et al.)에 개시되어 있다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는, 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(ceramic wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 상부에 거울을 설치하여 구성된다. 그러나 벌크형 광로 조절 장치는 액츄에이터들을 쏘잉 방법에 의하여 분리하여야 하므로 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되며, 변형부의 응답 속도가 느린 단점이 있다. 따라서 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 6월 28일 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제96-25324호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 박막형 광로 조절 장치는 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)(31)와 상기 액티브 매트릭스(31)의 상부에 형성된 액츄에이터(actuator)(40)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(31)는, 액티브 매트릭스(31)의 상부에 형성된 확산 방지층(35), 상기 확산 방지층(35)의 상부에 형성된 차단층(37), 상기 차단층(37)의 일측 상부에 형성된 드레인 패드(39), 상기 차단층(37)의 상부 중 드레인 패드(39)가 형성된 부분을 제외한 부분에 형성된 보호층(41), 그리고 상기 보호층(41)의 상부 및 드레인 패드(39)의 상부에 형성된 식각 방지층(43)을 포함한다.
상기 액츄에이터(40)는 멤브레인(47), 상기 멤브레인(47)의 상부에 형성된 하부 전극(51), 상기 하부 전극(51)의 상부에 형성된 변형부(53), 상기 변형부(53), 하부 전극(51) 및 멤브레인(47)을 통하여 수직하게 형성된 비어 컨택(49), 그리고 상기 변형부의 상부에 형성된 상부 전극(55)을 포함한다. 상기 멤브레인(47)은 일측이 하부에 드레인 패드(39)가 형성된 상기 식각 방지층(43)의 상부에 접촉되고, 타측이 에어 갭(air gap)(45)을 개재하여 상기 식각 방지층(43)과 수평하도록 형성된다.
또한, 도 1을 참조하면, 상기 멤브레인(47)의 일측은 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 사각형 형상의 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상을 가진다. 상기 멤브레인(47)의 타측은 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 계단형으로 넓어지는 오목한 부분에 대응하도록 계단형으로 좁아지는 돌출부를 갖는다. 따라서, 상기 멤브레인(47)의 돌출부는 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 멤브레인(47)의 오목한 부분에 인접한 멤브레인의 돌출부가 끼워져서 형성된다.
도 2를 참조하면, 중앙부에 홈이 형성된 상기 비어 컨택(49)은 상기 변형부(53)의 상부로부터 상기 하부 전극(51), 멤브레인(47) 및 식각 방지층(43)을 통하여 상기 드레인 패드(39)의 상부까지 형성된다. 그리고, 상기 상부 전극(55)의 중앙부에는 상기 변형부(53)의 일부가 노출되도록 스트라이프(57)가 형성된다.
이하 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 3a 내지 3e는 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도이다. 도 3a 내지 3e에서, 도 2와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 3a를 참조하면, 실리콘(Si) 등의 반도체로 구성되며 내부에 M×N개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(31)의 상부에 확산 방지층(35)을 형성한다. 확산 방지층(35)은 티타늄(Ti)을 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 300∼500Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 확산 방지층(35)은 상기 액티브 매트릭스(31) 내의 실리콘이 후속되는 공정의 영향을 받아 상방향으로 확산되는 것을 방지한다.
차단층(37)은 상기 확산 방지층(35)의 상부에 형성된다. 상기 차단층(37)은 질화티타늄(TiN)을 저압 화학 기상 증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition：LPCVD) 방법, 또는 스퍼터링 방법을 이용하여 1200∼1500Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 증착된 질화티타늄을 800∼900℃, 바람직하게는 850℃의 온도에서 5∼10분, 바람직하게는 10분 동안 열처리하여 델타-질화티타늄(δ-TiN)을 입방체 질화티타늄(cubic TiN)으로 상변이시킨다. 상기 차단층(37)은 광원으로부터 입사되는 광속이 반사층인 상부 전극(55) 뿐만 아니라, 상부 전극(55)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(31)에 광전류(photo current)가 흐르게 되는 것을 방지하며, 실리콘이 상기 액티브 매트릭스(31) 내부로부터 드레인 패드(39)로 확산되는 것을 방지한다.
도 3b를 참조하면, 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(31)를 보호하기 위하여 상기 차단층(37)의 상부에 보호층(41)을 형성한다. 보호층(41)은 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)를 화학 기상 증착 방법(CVD)을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 보호층(41)의 일부를 식각하여 상기 차단층(37)의 일부를 노출시킨 후 텅스텐(W)등의 금속을 리프트-오프(lift-off) 방법을 이용하여 드레인 패드(39)를 형성한다. 상기 드레인 패드(39)는 액티브 매트릭스(31)에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호를 비어 컨택(49)을 통하여 하부 전극(51)에 전달한다.
식각 방지층(43)은 상기 보호층(41) 및 드레인 패드(39)의 상부에 형성된다. 상기 식각 방지층(43)은 질화물 등을 저압 화학 기상 증착 방법(LPCVD)을 이용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(43)은 상기 액티브 매트릭스(31) 및 보호층(41)이 식각되어 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
이어서, 상기 식각 방지층(43)의 상부에 희생층(46)을 형성한다. 희생층(46)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 때, 인 실리케이트 유리로 구성된 희생층(46)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(31)의 표면을 덮고 있으므로 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 상기 희생층(46)의 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법 또는 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하는 방법을 이용하여 평탄화시킨다.
이어서, 건식 식각 방법 및 습식 식각 방법을 이용하여 상기 희생층(46) 중 하부에 상기 드레인 패드(39)가 형성된 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(43)의 일부가 노출되도록 한다.
도 3c를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(43)의 상부와 희생층(46)의 상부에 질화물 등을 사용하여 멤브레인(47)을 형성한다. 상기 멤브레인(47)은 질화물 등을 저압 화학 기상 증착 방법(LPCVD)을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
이어서, 상기 멤브레인(47)의 상부에 백금 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 하부 전극(51)을 형성한다. 상기 하부 전극(51)에는 액티브 매트릭스(31)에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호가 인가된다. 그리고, 상기 하부 전극(51)을 각 픽셀(pixel) 별로 분리하기 위하여 건식 식각 방법으로 식각하여 패터닝한다.
도 3d를 참조하면, 상기 하부 전극(51)의 상부에 전계가 발생함에 따라 변형을 일으키는 변형부(53)를 형성한다. 변형부(53)는 PZT 또는 PLZT 등 의 압전 세라믹을 사용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 변형부(53)는 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨다.
상부 전극(55)은 상기 변형부(53)의 상부에 형성한다. 상부 전극(55)은 알루미늄 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사 특성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 알루미늄 또는 백금 등으로 구성된 상기 상부 전극(55)은 전기 전도성 및 반사 특성이 우수하므로 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 입사되는 광속을 반사하는 반사층의 기능도 함께 수행한다.
상기 상부 전극(55)을 형성한 후, 광효율을 높이기 위해 상기 상부 전극(55)에 쏘잉 방법을 이용하여 상부 전극(55)의 중앙부에 스트라이프(57)를 형성한다. 스트라이프(57)는 상부 전극(55)을 균일하게 작동시켜 광속이 난반사되는 것을 방지한다.
도 3e를 참조하면, 상기 변형부(53), 하부 전극(51), 멤브레인(47), 식각 방지층(43), 그리고 보호층(41)을 상부로부터 순차적으로 식각한 후, 텅스텐 또는 티타늄 등의 금속을 리프트-오프 방법을 이용하여 비어 컨택(49)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(49)은 상기 변형부(53)의 상부로부터 드레인 패드(39)의 상부까지 수직하게 형성되어 드레인 패드(39)와 하부 전극(51)을 전기적으로 연결한다. 그리고, 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 상기 희생층(46)을 건식 식각 방법으로 식각한 후, 세정 및 건조하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호는 드레인 패드와 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 또한, 상부 전극에는 바이어스 전압이 인가되어, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성되어 있는 변형부가 변형을 일으킨다. 변형부는 전계에 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 액츄에이터가 멤브레인이 형성된 방향의 반대 방향으로 휘어진다. 변형부의 상부에 형성된 상부 전극은 액츄에이터가 휘어짐에 따라 소정의 각도로 경사지게 되며, 입사되는 광속을 반사하여 화상을 맺게 한다.
그러나, 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 액티브 매트릭스에 광전류(photo current)가 흐르게 되는 것을 방지하는 기능을 수행하는 차단층의 상부에 보호층, 식각 방지층, 희생층 등 여러 층을 적층함으로써, 박막들간에 응력이 발생하여 불균일하게 분포하며, 이에 따라 상기 차단층에 응력이 집중하여 차단층이 휘어지게 되어 상부에 적층된 박막들이 모두 깨어지는 현상이 발생하게 된다. 또한, 액티브 매트릭스 상부의 단차로 인하여 후속하여 증착되는 박막들은 상기 액티브 매트릭스의 토폴러지(topology)의 불균형에 따라 증착된다. 즉, 상기 액티브 매트릭스 상부의 단차로 인하여 그 상부에 박막을 적층할 때, 박막의 형상(특히 그 평탄도)에 불균형이 야기된다. 그러므로, 액츄에이터가 정확하게 수평 상태로 형성되지 못하여 전계에 따라 변형을 일으키는 액츄에이터의 컨틸레버 특성이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에서의 보호층 및 식각 방지층의 기능을 동시에 수행할 수 있는 저응력층(low stress layer)을 증착함으로써, 적층되는 박막들의 수를 줄여서 박막들간에 발생하는 응력을 감소시킬 수 있으며, 차단층의 휘어짐을 방지하며, 액티브 매트릭스 상부의 평탄화를 용이하게 하여 후속하여 형성되는 액츄에이터의 컨틸레버(cantilever) 특성을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.
도 3a 내지 3e는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도이다.
도 6a 내지 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
100 : 액티브 매트릭스105 : 드레인 패드
110 : 보호층 115 : 광전류 차단층
120 : 저응력층125 : 희생층
130 : 지지층 135 : 하부 전극
140 : 변형층 145 : 상부 전극
150 : 비어 홀155 : 비어 컨택
160 : 스트라이프165 : 에어 갭
200 : 액츄에이터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스의 상부에 보호층(passivation layer)을 형성하는 단계, 보호층의 상부에 광전류 차단층(photo current barrier layer)을 형성하는 단계, 광전류 차단층의 상부에 저응력층(low stress layer)을 형성하는 단계, 그리고 저응력층의 상부에 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 액츄에이터를 형성하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부 전극에는 바이어스 전류 신호가 인가된다. 동시에 외부로부터 인가된 화상 전류 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 따라서, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전계가 발생하며, 이 전계에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 이 때, 변형층은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하므로, 변형층을 포함하는 액츄에이터는 인가되는 전계의 크기에 따라서 소정의 각도로 휘어진다. 따라서, 광속을 반사하는 거울의 기능을 병행하는 상부 전극은 액츄에이터의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 함께 소정의 각도로 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에서의 보호층 및 식각 방지층의 기능을 동시에 수행할 수 있는 저응력층(low stress layer)을 형성함으로써, 적층되는 박막들의 수를 줄여서 박막들간에 형성되는 응력을 감소시킬 수 있으며, 차단층의 휘어짐(buckling)을 방지하여 액티브 매트릭스 상부의 평탄화를 용이하게 할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B' 선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(drain pad)(105)가 형성된 액티브 매트릭스(active matrix)(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(actuator)(200)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100)는, 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 보호층(passivation layer)(110), 보호층(110)의 상부에 형성된 광전류 차단층(photo current barrier layer)(115), 광전류 차단층(115)의 상부에 형성된 저응력층(low stress layer)(120)을 포함한다.
상기 액츄에이터(200)는 상기 저응력층(120)의 상부에 그 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(air gap)(165)을 개재하여 저응력층(120)과 평행하도록 적층된 지지층(supporting layer)(130), 지지층(130)의 상부에 적층된 하부 전극(bottom electrode)(135), 하부 전극(135)의 상부에 적층된 변형층(active layer)(140), 변형층(140)의 상부에 적층된 상부 전극(top electrode)(145), 변형층(140)의 타측으로부터 변형층(140), 하부 전극(135), 지지층(130), 저응력층(120) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인 패드(105)까지 수직하게 형성된 비어 홀(via hole)(150), 그리고 비어 홀(150)의 내부에 형성된 비어 컨택(via contact)(155)을 포함한다.
또한, 도 4를 참조하면, 상기 지지층(130)의 일측은 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 사각형 형상의 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상을 가진다. 상기 지지층(130)의 타측은 인접한 액츄에이터의 지지층의 계단형으로 넓어지는 오목한 부분에 대응하도록 계단형으로 좁아지는 돌출부를 갖는다. 따라서, 상기 지지층(130)의 돌출부는 인접한 지지층의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 지지층(130)의 오목한 부분에 인접한 지지층의 돌출부가 끼워져서 형성된다.
상기 비어 컨택(155)은 상기 변형층(140)의 상부로부터 하부 전극(135), 지지층(130), 저응력층(120) 및 보호층(110)을 통하여 드레인 패드(105)의 상부까지 형성된다. 그리고, 상기 상부 전극(145)의 중앙부에는 스트라이프(stripe)(160)가 형성된다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 6a 내지 도 6e에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 6a를 참조하면, 실리콘(Si) 등의 반도체로 구성되며 내부에 M×N개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(105)가 형성된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 보호층(110)을 형성한다. 상기 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 8000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 광전류 차단층(115)을 형성한다. 상기 광전류 차단층(115)을 형성하기 위하여, 먼저 티타늄 금속을 스퍼터링 방법을 사용하여 제1층을 적층한 후, 상기 제1층의 상부에 질화티타늄(TiN)을 물리 기상 증착 방법을 사용하여 적층하여 제2층을 적층한다. 상기 제1층 및 제2층을 포함하는 광전류 차단층(115)은 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성된다. 상기 광전류 차단층(115)은 광원으로부터 입사되는 광속이 반사층인 상부 전극(145) 뿐만 아니라, 상부 전극(145)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광전류(photo current)가 흐르게 되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 광전류 차단층(115) 중 후속 공정에서 비어 컨택(155)이 형성될 부분을 식각하여 패터닝한다.
도 6b를 참조하면, 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호하기 위하여 상기 광전류 차단층(115)의 상부에 저응력층(120)을 형성한다. 저응력층(120)은 질화물(nitride)을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1500∼2500Å, 바람직하게는 2000Å 정도의 두께로 형성한다. 상기 저응력층(120)은 선행 출원에 기재된 보호층의 기능, 즉 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터가 손상을 입게 되는 것을 방지하는 기능과 함꼐, 후속 공정에서 적층되는 희생층(125)을 식각할 때, 상기 액티브 매트릭스(100)가 식각되어 손상을 입게 되는 것을 방지하는 식각 방지층의 기능을 동시에 수행한다. 상기 저응력층(120)을 구성하는 질화물의 증착 조건은 0. 1∼1. 0torr의 압력 하에서, 750∼850℃의 온도로 이염화실란(SiH2Cl2: DCS) 대 암모니아(NH3)를 4 : 1∼8 : 1의 비율로 조절하여 저응력층(120)을 형성한다.
종래에는 보호층 및 식각 방지층의 두 층을 적층하였으나, 본 발명에서는 상기와 같이 질화물을 사용하여 저응력층(120)을 형성함으로써, 전체적인 공정의 단계를 줄일 수 있으므로 제조 공정이 단순화될 수 있다. 또한, 적층되는 박막들의 수를 줄일 수 있으므로 상기 광전류 차단층(115)에 유기되는 응력이 감소되어 광전류 차단층(115)이 휘어지는 현상을 방지할 수 있다. 따라서, 액티브 매트릭스(100) 상부의 평탄화를 용이하게 할 수 있으며, 후속하여 형성되는 액츄에이터(200)의 컨틸레버 특성을 향상시킬 수 있다.
이어서, 상기 저응력층(120)의 상부에는 희생층(sacrificial layer)(125)이 적층된다. 상기 희생층(125)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 2. 2∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(125)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(125)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(125)을 식각하여 상기 저응력층(120) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분을 노출시킨다.
도 6c를 참조하면, 지지층(130)은 상기 노출된 저응력층(120) 및 희생층(125)의 상부에 적층된다. 상기 지지층(130)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
이어서, 신호 전극인 하부 전극(135)을 상기 지지층(130)의 상부에 적층한다. 상기 하부 전극(135)은 백금, 탄탈륨 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
상기 하부 전극(135)의 상부에는 변형층(140)이 적층된다. 변형층(140)은 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질을 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 변형층(140)을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 변형층(140)은 상부 전극(145)과 하부 전극(135) 사이에 발생하는 전계에 의하여 변형을 일으킨다.
상부 전극(145)은 상기 변형층(140)의 상부에 적층된다. 상부 전극(145)은 알루미늄, 은, 또는 백금 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부 전극(145)은 공통 전극으로서 바이어스 전류 신호가 인가된다. 따라서, 상기 하부 전극(135)에 화상 신호 전류가 인가되고 상부 전극(145)에 바이어스 전류 신호가 인가되면, 상부 전극(145)과 하부 전극(135) 사이에 전계가 발생하며, 이 전계에 의하여 상기 변형층(140)이 변형을 일으키게 된다. 알루미늄, 은, 또는 백금 등으로 구성된 상기 상부 전극(145)은 전기 전도성 및 반사 특성이 우수하므로 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 입사되는 광속을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
계속하여, 상기 상부 전극(145)의 상부로부터 순차적으로 상부 전극(145), 변형층(140), 그리고 하부 전극(135)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 즉, 상부 전극(145)의 상부에 포토 레지스트(photo resist)층(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 상부 전극(145)을 패터닝한다. 이 때, 상부 전극(145)의 중앙부에는 스트라이프(160)가 형성된다. 스트라이프(160)는 상부 전극(145)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 상부 전극(145)과 변형층(140)의 상부에 재차 포토 레지스트층(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 변형층(140)을 패터닝한다. 상기와 같은 방법으로 하부 전극(135) 역시 소정의 화소 형상으로 순차적으로 패터닝한다. 이 때, 각각의 화소별로 하부 전극(135)을 분리하기 위하여 Iso-Cutting을 한다.
도 6d를 참조하면, 상기 변형층(140)의 일측으로부터 변형층(140), 하부 전극(135), 지지층(130), 저응력층(120) 및 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어 홀(150)을 형성한다. 따라서, 상기 비어 홀(150)은 상기 변형층(140)의 일측으로부터 상기 드레인 패드(105)까지 수직하게 형성된다. 이어서, 텅스텐(W), 알루미늄, 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 비어 컨택(155)을 형성한다. 비어 컨택(155)은 상기 드레인 패드(105) 및 하부 전극(135)과 전기적으로 연결된다. 그러므로, 외부로부터 인가된 화상 전류 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(155)을 통하여 하부 전극(135)에 인가된다. 이어서, 상기 지지층(130)을 하부 전극(135)을 패터닝하는 방법과 같은 방법을 사용하여 소정의 화소 형상으로 패터닝한다.
도 6e를 참조하면, 상기 희생층(125)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 에어 갭(165)을 형성한 후, 세정 및 건조하여 액츄에이터(200)를 완성한다. 이어서, 남아 있는 식각 용액을 제거하기 위하여 헹굼 및 건조(rinse and dry) 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 M×N개의 박막형 AMA 소자를 완성한 후, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 또는 금(Au) 등의 금속을 스퍼터링 방법, 또는 증착(evaporation) 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 공통 전극인 상부 전극(145)에 바이어스 전류 신호를 인가하고 신호 전극인 하부 전극(135)에 화상 전류 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시하지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 통상의 포토리쏘그래피 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 두께까지 자른다. 계속하여, TCP 본딩을 대비해 AMA 패널의 패드(도시하지 않음)가 충분한 높이를 가지기 위하여 AMA 패널의 패드 상부에 포토 레지스트층(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토 레지스트층 중 아래에 패드가 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 AMA 패널의 패드를 노출시킨다. 이어서, 상기 포토 레지스트층을 건식 식각 방법, 또는 습식 식각 방법을 이용하여 식각하고, 액티브 매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP의 패드를 ACF(Anisotropic Conductive Film)(도시하지 않음)로 연결하여 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 전류 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(155)을 통해 신호 전극인 하부 전극(135)에 인가된다. 동시에, 공통 전극인 상부 전극(145)에는 바이어스 전류 신호가 인가되어 상기 상부 전극(145)과 하부 전극(135) 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부 전극(145)과 하부 전극(135) 사이에 형성된 변형층(140)이 변형을 일으킨다. 이 때, 변형층(140)은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하므로 변형층(140)을 포함하는 액츄에이터(200)는 인가되는 전계의 크기에 따라서 소정의 각도로 휘어진다. 광속을 반사하는 거울의 기능도 병행하는 상부 전극(145)은 액츄에이터(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극(145)은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 따르면, 선행 출원에 기재된 바와는 달리 보호층 및 식각 방지층의 기능을 동시에 수행할 수 있는 저응력층을 형성함으로써, 액티브 매트릭스 상부에 적층되는 박막들의 수를 줄여서 박막들간에 형성되는 응력을 감소시킬 수 있다. 따라서, 박막들간의 응력에 기인한 차단층의 휘어짐을 방지하여 액티브 매트릭스 상부의 평탄화를 용이하게 할 수 있다. 그 결과 후속하여 형성되는 액츄에이터의 편평도를 향상시킬 수 있으므로 액츄에이터의 컨틸레버 특성을 향상시킬 수 있다. 더욱이 차단층의 상부에 적층되는 박막들의 수가 줄어들기 때문에 전체적인 제조 공정이 단순화될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스의 상부에 보호층(passivation layer)을 형성하는 단계;
    상기 보호층의 상부에 광전류 차단층(photo current barrier layer)을 형성하는 단계;
    상기 광전류 차단층의 상부에 저응력층(low stress layer)을 형성하는 단계; 그리고
    상기 저응력층의 상부에 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극을 형성하는 단계를 포함하여 액츄에이터를 형성하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터를 형성하는 단계는, 상기 저응력층의 상부에 희생층을 적층하는 단계 및 상기 희생층을 패터닝하여 상기 저응력층 중 아래에 상기 드레인 패드가 형성된 부분을 노출시키는 단계 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 액츄에이터를 형성하는 단계는 ⅰ) 상기 노출된 저응력층의 상부 및 상기 희생층의 상부에 지지층을 적층하는 단계, ⅱ) 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 적층하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 적층하는 단계, ⅳ) 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 ⅴ) 상기 상부 전극, 상기 변형층, 상기 하부 전극 및 상기 지지층을 패터닝하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 저응력층을 형성하는 단계는, 질화물(nitride)을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 저응력층을 형성하는 단계는, 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1500Å 내지 2500Å의 두께를 가지도록 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 저응력층을 형성하는 단계는, 0. 1torr 내지 1. 0torr의 압력 하에서 750℃ 내지 850℃의 온도로 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 저응력층을 형성하는 단계는, 이염화실란(SiH2Cl2: DCS) 대 암모니아(NH3)를 4 : 1 내지 8 : 1의 비율로 갖는 질화물을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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