KR100244518B1 - 박막형 광로 조절장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
액츄에이터를 구성하는 각 충돌을 균일하게 형성할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은 MOS 트랜지스터가 내장된 기판의 상부에 사각형 형상의 드레인 패드를 형성하고, 드레인 패드와 나란하게 사각형의 돌출부를 갖는 게이트 라인을 형성한 후, 상기 게이트 라인의 돌출부에 제1 지지부가 형성되고, 상기 드레인 패드의 상부에 제2지지부가 형성되도록 멤브레인을 형성하고, 상기 멤브레인의 상부에 하부전극, 변형층 및 상부전극을 형성한다. 게이트 라인을 드레인 패드와 인접하는 부분이 돌출한 형성을 갖도록 그 구조를 변경함으로써, 멤브레인 내의 지지부들 사이에 불균형이 발생하는 것을 방지하여 액츄에이터를 구성하는 각 충돌을 균일하게 액티브 매트릭스 상에 형성하고, 액츄에이터 컨틸레버 특성을 향상시키며, 액츄에이터의 비틀림을 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 게이트 라인을 변경하여 액츄에이터(actuator)를 구성하는 각 층들을 균일하게 액티브 매트릭스(active matrix)상에 형성시킴으로써, 액츄에이터의 컨틸레버(cantilever) 특성을 향상시키고, 액츄에이터의 비틀림을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로 조절 장치는 크게 두 종류로 구분된다. 그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 있으며, 다른 한 종류는 투사형 화상 표시 장치로서 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), 또는 DMD(Deformable Mirror Device), AMA 등이 이에 해당한다. 상기 CRT 장치는 화상의 질은 우수하지만 화면의 대형화에 따라 장치의 중량과 용적이 증가하며 그 제조 비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 에 비하여 액정 표시 장치(LCD)는 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있어 그 중량 및 용적을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 상기 액정 표시 장치(LCD)는 입사되는 광속의 편광으로 인하여 1 ~ 2%의 광효율을 가질 정도로 효율이 저하되며, 액정 물질의 응답 속도가 느리고 내부가 과열되기 쉬운 문제점이 있다.
따라서 상기 문제들을 해결하기 위하여 DMD(Deformable Mirrors Device), 또는 AMA 등의 화상 표시 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 5% 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA 장치는 10% 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한 AMA 장치는 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 입사되는 광속의 극성에 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지도 않는다. 이러한 미합중국 특허 제5,126,836호(issued to Gregory Um)에 개시된 AMA의 엔진 시스템의 개략도를 제1도에 도시하였다.
제1도에 도시한 바와 같이, 광원(1)으로부터 입사된 광속은 제 1슬릿(3) 및 제1렌즈(5)를 지나면서 R·G·B(Red·Green·Blue) 표색계에 따라 분광된다. 상기 R·G·B 별로 분광된 광속은 각기 제1거울(7), 제2거울(9) 및 제3거울(11)에 의하여 반사되어 각각의 거울에 대응하여 설치된 AMA 소자들(13)(15)(17)로 입사된다. 상기 R·G·B별로 형성된 AMA 소자들(13)(15)(17)은 각기 내부에 구비된 거울 들을 소정의 각도로 경사지게 하여 입사된 광속을 반사시킨다. 이 때, 상기 거울은 거울의 하부에 형성된 변형부의 변형에 따라 기울게 된다. 상기 AMA 소자들(13)(15)(17)로부터 반사된 빛은 제2렌즈(19) 및 제2슬릿(21)을 통과한 후, 투영 렌즈(23)에 의하여 스크린(도시되지 않음)에 투영되어 화상을 맺게 된다. 상기 변형부의 구성 물질로서는 PZT(Pb(Zr,Ti)O3) 나 PLZT((Pb,La)(Zr,Ti)03)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) 형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 미합중국 특허 제5,085,497호(issued to Gregory Um et al.)에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)상에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되고 변형부의 응답 속도가 느리다는 문제점이 있다. 이에 따라 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 8월 13일에 특허출원한 특허출원 제96-33607호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법)에 개시되어 있다.
제2도에 상기 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 제3도은 제2도에 도시한 장치를 A-A'선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 제4a도 내지 제4f도는 제3도에 도시한 장치의 제조 공정도이며, 제5도는 제4f도에 도시한 장치 중 'B' 부분의 전기 배선도이다.
제2도 및 제3도를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(41)와 상기 액티브 매트릭스(41)의 상부에 형성된 액츄에이터(57)를 포함한다.
M × N(M,N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor)트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 패드(pad)(42)가 형성된 상기 액티브 매트릭스(41)는, 상기 패드(42) 및 액티브 매트릭스(41)의 상부에 적층된 보호층(passivation layer)(43), 보호층(43)의 상부에 적층된 차단층(barrier layer)(44), 차단층(44)의 상부에 적층된 식각 방지층(etch stop layer)(45), 그리고 상기 식각 방지층(45)으로부터 차단층(44) 및 보호층(43)을 통하여 패드(42)까지 수직하게 형성된 플러그(47)를 포함한다.
상기 액츄에이터(57)는 상기 식각 방지층(45)의 상부에 형성된 하부 전극(bottom electrode)(49), 하부 전극(49)의 상부에 형성된 변형부(active layer)(51) 및 변형부(51)의 상부에 형성된 상부 전극(top electrode)(53)을 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(41)는 실리콘(Si) 등의 반도체로 구성되며, 보호층(43)은 폴리이미드(PI)계의 중합체나 스핀 온 글래스(SOG)로 이루어진다. 보호층(43)은 후속하는 공정으로부터 액티브 매트릭스(41)를 보호한다. 차단층(44)은 백금(Pt), 또는 알루미늄(Al) 등의 금속으로 이루어지며, 광원으로부터 입사된 광속으로 인한 광전류(photo current)를 차단한다. 식각 방지층(45)은 질화물로 이루어지며, 상기 액티브 매트릭스(41), 보호층(43) 및 차단층(44)이 후속되는 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지하며, 동시에 액츄에이터(57)의 하부 전극(49)과 차단층(44)을 절연시킨다.
화상 신호가 상기 액티브 매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 패드(42) 및 플러그(47)를 통하여 인가되는 하부 전극(49)은 일측이 상기 식각 방지층(45)과 접촉되며, 타측이 에어 갭(air gap)(55)을 개재하여 식각 방지층(45)과 평행하도록 형성된다. 하부 전극(49)은 백금(Pt), 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속으로 구성된다. 변형부(51)는 산화 아연(ZnO)으로 이루어진다. 상부 전극(53)은 알루미늄, 또는 백금 등의 금속으로 이루어지며, 바이어스 전압이 인가된다. 따라서, 상기 하부 전극(49)에 화상 신호가 인가되고 동시에 상부 전극(53)에 바이어스 전압이 인가되면, 상부 전극(53)과 하부 전극(49) 사이에 전계가 발생하며 이 전계에 의하여 상기 변형부(51)가 변형을 일으키게 된다.
이하 상술한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 설명한다.
제4a도 내지 제4f도에 있어서, 제3도과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조번호를 사용한다.
제4a도를 참조하면, 먼저 M ×N(M,N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고, 일측 상부에 패드(42)가 형성된 액티브 매트릭스(41)의 상부에 보호층(43)을 적층한다. 액티브 매트릭스(41)는 실리콘 등의 반도체, 또는 유리나 알루미나(Al2O3) 등의 절연 물질로 구성되며, 상기 패드(42)는 텅스텐(W)으로 구성된다.
상기 보호층(43)은 폴리이미드(Poly-Imide : PI)계의 중합체를 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용하여 300 ~ 400℃, 바람직하게는 350℃정도의 온도에서 1. 0 ~ 2. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 또한 보호층(43)은 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하여 형성 할 수 있다. 스핀 코팅 방법을 이용하여 보호층(43)을 형성할 경우, 보호층(43) 표면의 평탄화를 위하여 별도의 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정이 필요 없게 된다. 통상적으로, CMP 공정을 이용할 경우 액티브 매트릭스(41)의 표면이 손상을 입게 되는 수가 많았다. 따라서 스핀 코팅 방법을 이용하면 액티브 매트릭스(41)의 표면이 CMP 공정으로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 보호층(43) 표면의 평탄도를 향상시킬 수 있다.
제4b도를 참조하면, 상기 보호층(43)의 상부에 차단층(44)을 적층한다. 차단층(44)은 백금, 또는 알루미늄 등의 금속을 사용하여 스퍼터링 방법으로 500~1000Å정도의 두께를 가지도록 형성한다. 백금, 또는 알루미늄 등의 금속으로 차단층(44)을 형성할 경우, 폴리이미드계의 중합체로 구성된 보호층(43)과의 접착성이 우수하여 접착이 잘 이루어진다. 상기 차단층(44)은 광원으로부터 입사되는 광속으로 인하여 발생하는 광전류가 액티브 매트릭스(41)로 흐르는 것을 방지한다.
상기 차단층(44)의 상부에는 식각 방지층(45)이 적층된다. 식각 방지층(45)은 질화물을 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법으로 1000 ~ 2000Å, 바람직하게는 1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(45)은 후속하는 식각 공정동안 액티브 매트릭스(41), 보호층(43) 및 차단층(44)이 식각되는 것을 방지하며, 차단층(44)과 하부 전극(49)을 전기적으로 절연시킨다. 그리고, 상기 식각 방지층(45), 차단층(44) 및 보호층(43) 중 아래에 패드(42)가 형성되어 있는 부분을 식각한 후, 플러그(47)를 형성한다. 플러그(47)는 텅스텐, 또는 백금 등을 리프트-오프(lift-off) 방법을 이용하여 상기 식각 방지층(45)으로부터 패드(42)까지 수직하게 형성된다. 따라서, 화상 신호는 액티브 매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 패드(42) 및 플러그(47)를 통하여 하부 전극(49)에 전달된다.
제4c도를 참조하면, 상기 식각 방지층(45)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phospho-Silicate Glass : PSG)를 사용하여 희생층(sacrificial layer)(48)을 적층한다. 상기 희생층(48)은 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법을 이용하여 1.0 ~ 2.0㎛정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 희생층(48)을 패터닝하여 플러그(47)가 형성된 식각 방지층(45)의 일부를 노출시킨다.
제4d도를 참조하면, 신호 전극인 하부 전극(49)은 상기 희생층(48)의 상부 및 상기 노출된 식각 방지층(45)의 상부에 적층된다. 상기 하부 전극(49)은 백금, 또는 탄탈륨 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 1000 ~ 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서 상기 하부 전극(49)을 각 픽셀(pixel)별로 분리하기 위하여 Iso-Cutting을 한다. 상기 하부 전극(49)은 종래의 AMA 소자에 있어서 멤브레인 및 하부 전극의 기능을 동시에 수행한다.
제4e도를 참조하면, 상기 하부 전극(49)의 상부에 산화 아연(ZnO)을 사용하여 변형부(51)를 적층한다. 상기 변형부(51)는 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 300 ~ 400℃의 온도에서 0.1 ~ 1.0㎛, 바람직하게는 0.4㎛정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기와 같이 변형부(51)를 산화 아연을 사용하여 형성할 경우, 일반적인 변형부의 구성 물질인 PZT, 또는 PLZT 는 650℃ 이상의 온도에서 열처리를 하여 상변이시키므로 PZT, 또는 PLZT 등에 비하여 저온에서 변형부를 형성할 수 있다. 이어서, 상기 변형부(51)의 상부에 전기 전도성 및 반사 특성이 우수한 알루미늄, 또는 백금 등의 금속을 사용하여 상부 전극(53)을 적층한다. 상기 상부 전극(53)은 스퍼터링 방법으로 500 ~ 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부 전극(53)에는 바이어스 전압이 인가되며, 동시에 상부전극(53)은 입사된 광속을 반사하는 거울로 이용된다. 계속하여, 상기 상부 전극(53)의 상부로부터 순차적으로 상부 전극(53), 변형부(51), 그리고 하부 전극(49)을 소정의 픽셀(pixel) 형상으로 패터닝한다.
제4f도를 참조하면, 상기 희생층(48)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 에어 갭(55)를 형성한 후, 상기 결과물을 세정 및 건조하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 화상 신호는 액티브 매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 패드(42) 및 플러그(47)를 통해 하부 전극(49)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(53)에는 바이어스 전압이 인가되어 상부 전극(53)과 하부전극(49) 사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 변형부(51)가 변형을 일으킨다. 변형부(51)는 전계에 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 액츄에이터(57)는 하부 전극(49)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘게 된다. 액츄에이터(57)상부의 상부 전극(53)은 거울의 기능도 수행하므로 변형부(51)의 변형에 따라서 소정의 각도를 가지고 같은 방향으로 경사진다. 그러므로, 광원으로부터 입사된 광속은 소정의 각도로 경사진 상부 전극(53)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
그러나, 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 이웃하는 액츄에이터의 지지부 중 한 쪽은 패드의 상부에 평탄하게 형성되지만, 다른 쪽은 게이트 라인(gate line)의 일부 및 이와 인접한 상부에 형성되므로 하부의 게이트 라인으로 인하여 그 상부에 적층되는 층들에 단차에 발생하며, 이러한 단차로 인하여 하부 전극 Iso-Cutting 할 때, 이웃하는 하부 전극들이 서로 불균일하게 형성되는 문제점이 있었다. 즉, 제5도에 도시한 바와 같이, 이웃하는 액츄에이터의 지지부(61a)(61b) 중 한 쪽의 지지부(61a)는 패드(42)의 상부에 정확하게 형성되지만, 다른 쪽의 지지부(61b)는 게이트 라인(63) 및 이와 인접한 상부에 형성되므로 그 상부에 적층되는 하부 전극(49) 사이에 단차가 발생하며, 이러한 단차로 인하여 하부 전극(49)을 Iso-Cutting(화살표 부분 참조)할 경우, 분리된 하부 전극(49)들 간에 불균형이 야기되어 결국, 액츄에이터의 컨틸레버 특성을 저하시키며, 액츄에이터에 비틀림이 발생하게 된다.
따라서, 본 발명은 게이트 라인의 구조를 변경함으로써, 액츄에이터를 구성하는 각 층들을 균일하게 액티브 매트릭스 상에 형성하여 액츄에이터의 컨틸레버 특성을 향상시키며, 액츄에이터의 비틀림을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공함에 있다.
제1도는 종래의 광로 조절 장치의 엔진 시스템의 개략도이다.
제2도는 본 출원인이 선행 출원한 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
제3도는 제2도에 도시한 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도이다.
제4a 내지 제4f도는 제3도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
제5도는 제4f도에 도시한 장치 중 'B'부분의 전기 배선도이다.
제6도는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
제7도은 제6도에 도시한 장치를 C-C'선으로 자른 단면도이다.
제8a도 및 제8c도 내지 제8g도는 제7도에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
제8b도는 제8a도에 도시한 장치 중 'D'부분의 전기 배선도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
100 : 기판 105 : 드레인 패드
106 : 게이트 라인 110 : 보호층
115 : 식각 방지층 120 : 제1희생층
125 : 제1에어 갭 130 : 멤브레인
135 : 하부 전극 140 : 변형층
145 : 상부 전극 150 : 비어 홀
155 : 비어 컨택 160 : 액츄에이터
165 : 제2희생층 170 : 제2에어 갭
175 : 거울
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, i) MOS 트랜지스터가 내장된 기판의 상부에 사각형 형상의 드레인 패드를 형성하는 단계, 그리고 ii) 드레인 패드와 나란하게 사각형의 돌출부를 갖는 게이트 라인을 형성하는 단계를 포함하는 액티브 매트릭스를 형성하는 단계, 상기 게이트 라인의 돌출부에 제1 지지부가 형성되고, 상기 드레인 패드의 상부에 제2지지부가 형성되도록 멤브레인을 형성하는 단계, 상기 멤브레인의 상부에 하부전극을 형성하는 단계, 상기 하부전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 및 상기 변형층의 상부에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절 장치의 제조방법을 제공한다.
상술한 본 발명에 따른 광로 조절 장치에 있어서, 신호 전극인 상기 하부 전극에는 화상 신호 전압이 인가되며, 공통 전극인 상기 상부 전극에는 바이어스 전압이 인가되어, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으키게 되며, 상기 변형층은 전계와 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라, 변형층을 포함하는 액츄에이터가 소정의 각도로 휘어지고, 액츄에이터의 상부 전극의 상부에 장착된 거울 휘어진 상부 전극에 의해 그 축이 움지여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로서 화상을 맺게 된다.
그러므로, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법은, 게이트 라인을 드레인 패드와 인접하는 부분이 돌출한 형성을 갖도록 그 구조를 변경함으로써, 상기 멤브레인의 제1지지부가 상기 게이트라인의 돌출부에 형성되며, 상기 멤브레인의 제2지지부가 상기 드레인 패드의 상부에 형성되므로, 액츄에이터를 지지하는 멤브레인 내에 불균형이 발생하는 것을 방지하여 액츄에이터를 구성하는 각층들을 균일하게 액티브 매트릭스 상에 형성하고, 액츄에이터의 컨틸레버 특성을 향상시키며, 액츄에이터의 비틀림을 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시에에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다.
제6도는 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 제7도는 제6도에 도시한 장치를 C-C'선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
제6도 및 제7도을 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스 및 액츄에이터(160)를 포함한다. 내부에 M ×N(M, N은 정수)개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터가 내장된 기판을 포함하고 일측 상부에 드레인 패드(drain pad)(105)가 형성된 상기 액티브매트릭스는, 상기 기판(100) 및 드레인 패드(105)의 상부에 적층된 보호층(110)과 보호층(110)의 상부에 적층된 식각 방지층(115)을 포함한다.
상기 액츄에이터(160)는 상기 식각 방지층(115)중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 제1에어 갭(125)을 개제하여 상기 식각 방지층(115)과 평행하도록 적층된 멤브레인(130), 멤브레인(130)의 상부에 적층된 하부 전극(135), 하부 전극(135)의 상부에 적층된 변형층(140), 변형층(140)의 일측 상부에 적층된 상부 전극(145), 변형층(140)의 타측으로부터 하부 전극(135), 멤브레인(130), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 통하여 상기 드레인 패드(105)까지 수직하게 형성된 비어 홀(150), 그리고 비어 홀(150)내에 상기 하부 전극(135)과 드레인 패드(105)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(155)을 포함한다.
또한, 상기 상부 전극(145)의 상부에는 상부 전극(145)의 일측 상단에 접촉되는 지지부를 갖고 제2에어갭(170)을 개재하여 상부 전극(145)과 수평하게 'ㄱ'자 형상의 거울(175)이 형성된다.
제6도을 참조하면, 상기 멤브레인(130)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 멤브레인(130)의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 멤브레인(130)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 오목한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
이하 본 발명에 따른 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다. 제8a도 및 제8c도 내지 제8g도는 제7도에 도시한 장치의 제조 공정도이며, 제8b도는 제8a도에 도시한 장치 중 'D'부분의 전기 배선도를 도시한 것이다. 제8a도 내지 제8g도에 있어서, 제7도과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
제8a도 및 제8b도를 참조하면, M × N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 기판(100)의 일측 상부에 드레인 패드(105) 및 게이트 라인(106)을 형성한다. 이 경우, 게이트 라인(106)은 이웃하여 형성되는 멤브레인의 지지부들이 형성될 위치를 고려하여 종래의 게이트 라인에 비하여 상기 드레인 패드(105)와 나란하도록 돌출부가 형성되어 인접하는 부분이 사각형의 형상으로 돌출하여 서로 이웃하는 액츄에이터들의 지지부 중 어느 한 쪽 즉, 상기 멤브레인의 제1 지지부가 그 상부에 형성되기에 충분한 넓이를 가지도록 한다. 따라서 멤브레인의 제1지지부는 상기 게이트 라인(106)의 상부에 형성되며, 상기 멤브레인의 제2지지부는 드레인 패드(105)의 상부에 형성된다.
상기 드레인 패드(105) 및 게이트 라인(106)은 텅스텐 등의 금속을 스퍼터링한 후, 스퍼터링된 금속을 패터닝하여 형성한다. 이 경우, 드레인 패드(105)의 형성과 동시에 게이트 라인(106)은 후에 형성되는 액츄에이터의 지지부 즉, 멤브레인의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 드레인 패드(105)와 나란하게 사각형의 형상으로 넓게 돌출한 형태로 패터닝한다. 종래에는 이웃하는 액츄에이터의 지지부가 드레인 패드의 상부에 나란히 형성되지 못하고 한 쪽이 게이트 라인 및 이와 인접하여 형성됨으로써, 그 상부에 적층되는 각 층들에 단차가 발생하였다. 이에 비하여, 본 발명에서는 상기 멤브레인의 제1지지부가 그 상부에 형성되기에 충분한 넓이를 가지는 게이트 라인(106)을 형성하고, 상기 멤브레인의 제2지지부를 드레인 패드(105)의 상부에 형성함으로써, 이웃하는 액츄에이터들의 지지부들 사이에 불균형이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
계속하여, 인 실리케이트 유리(PSG)로 구성된 보호층(passivation layer)(110) 을 상기 결과물의 상부에 적층한다. 보호층(110)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1 ~ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 보호층(110)은 후속하는 공정으로부터 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 질화물로 구성된 식각 방지층(115)이 적층된다. 식각 방지층(115)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 0.1 ~ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(115)은 후속하는 식각 공정 동안 보호층(110) 및 액티브 매트릭스(100)등이 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(115)의 상부에는 제1희생층(20)이 적층된다. 제1희생층(120)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법을 이용하여 0.5 ~2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1희생층(120)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1희생층(120)의 표면을 스핀 은 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 제1희생층(120) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성되어 있는 부분 및 아래에 상기 게이트라인(106)이 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(115)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(160)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
제8c도를 참조하면, 멤브레인(130)은 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 제1희생층(120)의 상부에 0.1 ~ 1.0㎛ 정도의 두께를 적층된다. 따라서, 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부에는 상기 멤브레인(130)의 제 1 및 제2 지지부가 소정의 간격을 두고 형성된다. 상기 멤브레인(130)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 형성된다. 이 때, 저압의 반응 용기 내에서 반응 가스의 비(ratio)를 변화시키면서 상기 멤브레인(130)을 형성하여 멤브레인(130)내의 응력(stress)을 조절한다. 이 때, 상기 멤브레인(130)의 제1 지지부는 상기 게이트라인의 돌출부에 형성되고, 상기 멤브레인(130)의 제2지지부는 상기 드레인 패드(105)의 상부에 형성되어 있으므로 단차가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상기 멤브레인(130)의 상부에는 백금, 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta)등의 금속으로 구성된 하부 전극(135)이 적층된다. 하부 전극(135)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1 ~ 1.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 신호 전극인 하부 전극(135)에는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 화상 신호가 상기 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(155)을 통하여 인가된다. 이어서, 상기 하부 전극(135)을 각각의 화소별로 분리하기 위하여 Iso-Cutting을 한다. 이 때, 상기 하부 전극(135)은 단차가 없는 멤브레인(130)의 상부에 적층되어 있기 때문에 하부 전극(135)을 Iso-Cutting 하더라도 서로 이웃하는 액츄에이터들의 하부 전극들 간에 불균형이 야기되지 않는다.
상기 하부 전극(135)의 상부에는 PZT, 또는 PLZT 로 구성된 변형층(140)이 적층된다. 변형층(140)은 졸-겝법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1 ~1.0㎛, 바람직하게는 0.4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다.
변형층(140)은 공통 전극인 상부 전극(145)과 신호 전극인 하부 전극(135) 사이에 발생하는 전계에 의하여 변형을 일으킨다.
상부 전극(145)은 변형층(140)의 일측 상부에 적층된다. 상부 전극(145)은 알루미늄, 은 또는 백금 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1 ~ 1.0㎛정도의 두께를 가지도록 형성한다. 공통 전극인 상부 전극(145)에는 바이어스 전압이 인가되어 하부 전극(135)과 상부 전극(145) 사이에 전계가 발생하게 된다.
제8d도를 참조하면, 상기 상부 전극(145), 변형층(140) 및 하부 전극(135)을 순차적으로 소정의 형상으로 패터닝한 후, 변형층(140)의 타측 상부로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 변형층(140), 하부 전극(135), 멤브레인(130), 식각 방지층(115) 및 보호층(110)을 순차적으로 식각하여 상기 변형층(140)으로부터 드레인 패드(105)까지 수직하게 비어 홀(150)을 형성한다. 계속하여, 텅스텐, 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인 패드(105)와 하부 전극(135)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(155)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택은(155)은 상기 비어 홀(150) 내에서 상기 하부 전극(135)으로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 화상 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(155)을 통하여 하부 전극(110)에 인가된다.
그리고, 크롬(Cr), 구리(Cu), 또는 금(Au) 등의 금속을 증착(evaporation), 또는 스퍼터링 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 이어서, 액티브 매트릭스(100) 상부에 포토 레지스트(도시하지 않음)를 코팅한 후, 후속하는 공통 전극인 상부 전극(145)에 바이어스 전압을 인가하는 동시에 신호 전극인 하부 전극(135)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package) 본딩을 대비하여 액티브 매트릭스(100)를 자른다. 이 때, 후속되는 공정을 위하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 정도의 두께까지만 잘라 낸다.
계속하여, TCP 본딩에 요구되는 AMA 패널(pannel)의 패드(도시하지 않음)를 노출시키기 위해 AMA 패널의 패드 부위를 건식 식각 방법을 이용하여 식각한다. 계속해서, 상기 변형층(140), 하부 전극(135), 멤브레인(130)을 차례로 패터닝한 후, 제1희생층(120)을 플루오르화 수소(HF) 증기로 식각하여 제1에어 갭(125)을 형성함으로서 액츄에이터(160)를 완성한다.
제8e도를 참조하면, 전술한 바와 같이 제1에어 갭(125)을 형성한 후, 상기 결과물 전면에 제2희생층(165)을 형성한다. 상기 제2희생층(165)은 거울(175)의 장착을 용이하게 하고 거울(175)의 수평도를 향상시키는 기능을 수행하며, 거울(175)이 장착된 후에 제거된다. 바람직하게는, 상기 제2희생층(165)은 유동성이 좋은 폴리머 등으로 구성된 포토 레지스트를 스핀 코팅 방식으로 형성하며, 상기 제1에어 갭(125)을 완전히 채우면서 상부 전극(145)을 기준으로 일정한 두께를 갖도록 도포한다. 이와 같이 액츄에이터(160)가 형성된 결과물 전면에 제2희생층(165)을 도포하게 되면, 제1에어 갭(125)에 상기 제2희생층(165)이 채워지면서 평평한 표면을 형성하게 된다.
제8f도를 참조하면, 상기와 같이 제2희생층(165)을 형성한 후, 포토 레지스트(도시되지 않음)를 마스크로 이용하여 상기 제2희생층(165)을 패터닝함으로서 상기 상부 전극(145)의 일측 상부에 거울(175)이 형성될 지지부를 만든다. 따라서, 상부 전극(145)의 일측 상부가 노출된다. 계속하여, 지지부가 형성된 제2희생층(40) 및 노출된 상부 전극(145)의 상부에 스퍼터링 공정을 이용하여 반사도가 좋은 알루미늄, 백금 또는 은 등의 금속을 0.1 ~ 1.0㎛ 정도의 두께로 증착시켜 거울(175)을 형성한다. 바람직하게는, 상기 거울(175)은 'ㄱ'자 형상을 가지며, 일측의 지지부가 상기 상부 전극(145)에 접촉되며, 타측이 상부 전극(145)에 평행하게 장착된다.
제8g도를 참조하면, 상기와 같이 거울(175)을 형성한 후, 화소(pixel)간의 분리를 위하여 상기 제2희생층(165)을 산소 플라즈마(O2plasma)로 제거하고, 헹굼 및 건조 처리를 수행한다. 그 결과, 거울(175)과 상부 전극(145)사이에 제2에어 갭(170)이 형성됨으로써, 상부에 거울(175)이 장착된 완전한 액츄에이터(160)가 완성된다. 상기와 같이 박막형 AMA소자가 형성된 액티브 매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP를 연결하여 박막형 AMA 모듈의 제조를 완성한다.
본 발명에 따른 광로 조절 장치에 있어서, 신호 전극인 상기 하부 전극(135)에는 화상 신호 전압이 인가되며, 공통 전극인 상기 상부 전극(145)에는 바이어스 전압이 인가되어, 상부 전극(145)과 하부 전극(135) 사이에 전계가 발생하게 된다. 이 전계에 의하여 상부 전극(145)과 하부 전극(135) 사이의 변형층(140)이 변형을 일으키게 되며, 상기 변형층(140)은 전계와 수직한 방향으로 수축하게 된다. 이에 따라, 변형층(140)을 포함하는 액츄에이터(160)가 소정의 각도로 휘어지고, 액츄에이터(160)의 상부 전극(145)의 상부에 장착된 거울(175)은 휘어진 상부 전극(145)에 의해 그 축이 움직여서 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광속을 반사한다. 상기 거울(175)에 의하여 반사된 광속은 슬릿을 통하여 스크린에 투영됨으로서 화상을 맺게 된다.
그러므로, 본 발명에 따른 광로 조절 장치의 제조 방법은, 게이트 라인을 드레인 패드와 나란하게 형성된 사각형의 돌출부를 갖도록 그 구조를 변경함으로써, 멤브레인의 제1지지부가 게이트 라인의 돌출부에 형성되며, 멤브레인의 제2지지부가 드레인 패드의 상부에 형성되어, 멤브레인 내의 지지부들 사이에 불균형이 발생하는 것을 방지하여 액츄에이터를 구성하는 각 층들을 균일하게 액티브 매트릭스상에 형성하고, 액츄에이터의 컨틸레버 특성을 향상시키며, 액츄에이터의 비틀림을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (2)
- i) MOS 트랜지스터가 내장된 기판의 상부에 사각형 형상의 드레인 패드를 형성하는 단계, 그리고 ii) 드레인 패드와 나란하게 사각형의 돌출부를 갖는 게이트 라인을 형성하는 단계를 포함하는 액티브 매트릭스를 형성하는 단계; 상기 게이트 라인의 돌출부에 제1 지지부가 형성되고, 상기 드레인 패드의 상부에 제2지지부가 형성되도록 멤브레인을 형성하는 단계; 상기 멤브레인의 상부에 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계; 및 상기 변형층의 상부에 상부전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 기판의 상부에 직사각형 형상의 드레인 패드를 형성하는 단계 및 상기 기판의 상부에 상기 드레인 패드와 인접한 부분이 사각형 모양으로 돌출한 형상을 갖는 상기 게이트 라인을 형성하는 단계는 스퍼터링 방법을 사용하여 동시에 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치의 제조방법.
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-
1996
- 1996-12-30 KR KR1019960077169A patent/KR100244518B1/ko not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
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