KR100248491B1 - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

고온 공정에서 액티브 매트릭스 내부로부터의 실리콘(Si) 원자의 확산을 최소화할 수 있는 박막형 광로 조절장치의 제조방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 ⅰ) adhesion layer를 형성하는 단계, ⅱ) 상기 adhesion layer를 어닐링하는 단계, ⅲ) 상기 어닐링된 adhesion layer를 평탄화시키는 단계 및 ⅳ) 상기 adhesion layer의 상부에 드레인 패드를 형성하는 단계를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계, 그리고 상기 액티브 매트릭스 및 상기 제1 금속층의 상부에 지지층, 하부전극, 변형층, 상부전극 및 상기 하부전극과 상기 드레인패드를 연결하는 비어컨택을 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 티타늄을 사용하여 형성한 adhesion layer가 후속되는 고온공정에 의하여 열적으로 불균일하게 성장함으로 인하여 형성되는 티타늄 실리사이드층을 최소의 두께로 균일하게 형성함으로써, 상부에 적층되는 diffusion barrier와 하부의 액티브 매트릭스 사이의 접착성을 최대화할 수 있으며, 특정한 부위에서의 실리콘 원자의 과다한 확산을 방지할 수 있어서, 외부로부터 인가된 제1 신호(화상 신호)가 하부 전극에 정확히 전달되게 하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법

본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온 공정에서 액티브 매트릭스 내부로부터의 실리콘(Si) 원자의 확산을 방지하여 소자의 성능을 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 이러한 장치는 광학적 특성에 따라 크게 두 종류로 분류된다. 그 한 종류는 직시형 화상 표시 장치로서 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 이에 해당한다. 다른 한 종류는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display：LCD)등의 투사형 화상 표시 장치이다.

상기의 액정 표시 장치는 광학적 구조가 간단한 이점이 있다. 그러나 액정 표시 장치는 광의 편광으로 인하여 광효율이 저하되고, 응답 속도가 느리다는 단점이 있다. 따라서 상기의 문제점을 해결하기 위하여 AMA 또는 DMD (Deformable Mirror Device)등의 투사형 화상 표시 장치가 개발되었다.

상기의 AMA 장치는, 그 내부에 설치된 각각의 거울이 광원으로부터 유입되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)을 통과하여 스크린에 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서 AMA 장치는 그 구조와 동작 원리가 간단하며, 액정 표시 장치 등에 비해 높은 광효율을 얻을 수 있다. 또한 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.

이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(bulk type) 광로 조절 장치와 박막형(thin film type) 광로 조절 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.) 등에 개시되어 있다. 상기 벌크형 광로 조절 장치에서는, 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(ceramic wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후 쏘잉(sawing) 등의 방법으로 가공하고 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나 벌크형 AMA 장치는 액츄에이터(actuator)들을 쏘잉 등의 방법에 의하여 분리하여야 하므로 긴 공정 시간이 필요하며, 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 특허 출원 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 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)와 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(70)를 포함한다.

상기 액티브 매트릭스(1)는, 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 확산 방지층(5), 확산 방지층(5)의 상부에 형성된 차단층(10), 차단층(10)의 일측 상부에 형성된 드레인 패드(20), 상기 차단층(10) 상부 중 드레인 패드(20)가 형성된 부분을 제외한 부분에 형성된 보호층(15), 그리고 상기 보호층(15)의 상부 및 드레인 패드(20)의 상부에 형성된 식각 방지층(25)을 포함한다.

상기 액츄에이터(70)는 멤브레인(35), 멤브레인(35)의 상부에 형성된 하부 전극(40), 하부 전극(40)의 상부에 형성된 변형부(45), 변형부(45), 하부 전극(40), 멤브레인(35) 및 식각 방지층(25)을 통하여 드레인 패드(20)까지 수직하게 형성된 비어 컨택(60), 그리고 상기 변형부(45)의 상부에 형성된 상부 전극(50)을 포함한다. 상기 상부 전극(50)의 일측에는 변형부(45)의 일부가 노출되도록 스트라이프(55)가 형성된다. 상기 멤브레인(35)은 일측이 아래에 드레인 패드(20)가 형성된 상기 식각 방지층(25)에 접촉되고, 타측이 에어 갭(30)을 개재하여 상기 식각 방지층(25)과 평행하게 형성된 단면을 가진다. 또한, 도 1을 참조하면, 상기 멤브레인(35)의 일측 평면은 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 사각형 형상의 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상을 가진다. 상기 멤브레인(35)의 타측 평면은 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 계단형으로 넓어지는 오목한 부분에 대응하도록 계단형으로 좁아지는 돌출부를 갖는다. 따라서, 상기 멤브레인(35)의 돌출부는 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 멤브레인(35)의 오목한 부분에 인접한 멤브레인의 돌출부가 끼워져서 형성된다.

도 3a 내지 3e는 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도이다. 도 3a 내지 도 3e에 있어서, 도 2와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 3a를 참조하면, 실리콘으로 구성되며 내부에 M×N개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 상부에 확산 방지층(5)을 형성한다. 확산 방지층(5)은 티타늄(Ti)을 스퍼터링 방법을 이용하여 300∼500Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 확산 방지층(5)은 액티브 매트릭스(1) 내의 실리콘이 후속되는 공정의 영향을 받아 상부로 확산되는 것을 방지한다.

차단층(10)은 상기 확산 방지층(5)의 상부에 형성된다. 차단층(10)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-질화 티타늄(δ-TiN)을 입방정 질화티타늄(cubic TiN)으로 상변이시킨다. 상기 차단층(10)은 광원으로부터 입사되는 광속이 반사층인 상부 전극(50) 뿐만 아니라, 상부 전극(50)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(1)에 광전류(photo current)가 흐르게 되는 것을 방지한다.

도 3b를 참조하면, 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)를 보호하기 위하여 상기 차단층(10)의 상부에 보호층(15)을 형성한다. 보호층(15)은 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass：PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 보호층(15)의 일부를 식각하여 상기 차단층(10)의 일부를 노출시킨 후 텅스텐(W) 등의 금속을 리프트-오프 방법을 이용하여 드레인 패드(20)를 형성한다. 상기 드레인 패드(20)는 외부로부터 인가된 제1 신호(화상 신호)를 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터 및 비어 컨택(60)을 통하여 하부 전극(40)에 전달한다.

식각 방지층(25)은 상기 보호층(15) 및 드레인 패드(20)의 상부에 형성된다. 상기 식각 방지층(25)은 질화물 등을 저압 화학 기상 증착 방법을 이용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(25)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 액티브 매트릭스(1) 및 보호층(15)이 식각되어 손상을 입게 되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 식각 방지층(25)의 상부에 희생층(28)을 형성한다. 희생층(28)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD：APCVD) 방법을 이용하여 1㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 때, 희생층(28)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 표면을 덮고 있으므로 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 상기 희생층(28)의 표면을 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법 또는 스핀 온 글래스(Spin On Glass：SOG)를 사용하는 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 그리고, 상기 희생층(28) 중 아래에 드레인 패드(20)가 형성된 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(25)의 일부가 노출되도록 한다.

도 3c를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(25)의 상부와 희생층(28)의 상부에 질화물을 사용하여 멤브레인(35)을 형성한다. 멤브레인(35)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 멤브레인(35)의 상부에 백금(Pt) 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 하부 전극(40)을 형성한다. 계속하여, 상기 하부 전극(40)을 각각의 화소(pixel)별로 분리하기 위하여 Iso-Cutting한다.

도 3d를 참조하면, 상기 하부 전극(40)의 상부에 변형부(45)를 형성한다. 변형부(45)는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 변형부(45)는 졸-겔(Sol-Gel)법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing：RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨다. 상부 전극(50)은 상기 변형부(45)의 상부에 형성된다. 상부 전극(50)은 알루미늄 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 알루미늄 또는 백금 등으로 구성된 상기 상부 전극(50)은 전기 전도성 및 반사성이 우수하므로 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 입사되는 광속을 반사하는 반사층의 기능도 함께 수행한다.

그리고, 상기 상부 전극(50)을 소정의 화소 형상을 갖도록 패터닝한다. 이 경우, 상부 전극(50)의 일측에는 스트라이프(55)가 함께 형성된다. 스트라이프(55)는 상부 전극(50)을 균일하게 동작하게 하여 광원으로부터 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지한다.

도 3e를 참조하면, 상기 변형부(45) 및 하부 전극(40)을 상기 상부 전극(50)과 같이 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이어서, 상기 변형부(45)의 일측으로부터 드레인 패드(20)까지 변형부(45), 하부 전극(40), 멤브레인(35), 식각 방지층(25), 그리고 보호층(15)을 차례로 식각한 후, 텅스텐 또는 티타늄 등의 금속을 리프트-오프 방법을 이용하여 비어 컨택(60)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(60)은 상기 변형부(45)의 일측 상부로부터 드레인 패드(20)까지 수직하게 형성되어 드레인 패드(20)와 하부 전극(40)을 전기적으로 연결한다. 계속하여, 상기 멤브레인(35)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한 다음, 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 상기 희생층(28)을 식각하여 제거한 후, 세정 및 건조하여 AMA 소자를 완성한다.

상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 동시에 상부 전극에는 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되어, 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형부가 변형을 일으킨다. 이 때, 변형부는 발생한 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하므로 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 휘어진다. 광속을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극은 액츄에이터의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 티타늄(Ti)으로 구성된 확산 방지층은 차단층과 액티브 매트릭스 사이의 접착력을 증진시키는 기능을 수행한다. 그러나, 상기 확산 방지층은 후속되는 고온 공정의 영향을 받아 액티브 매트릭스의 실리콘과 반응하여 불균일한 티타늄 실리사이드(TiSi₂) 화합물을 형성한다. 이렇게 형성된 불균일한 티타늄 실리사이드 화합물은 액티브 매트릭스 내의 실리콘 원자들이 상부에 적층되는 드레인 패드로 빠르게 이동하는 것을 촉진시키는 역할을 수행한다. 더욱이 상기 티타늄 실리사이드 화합물은 열적으로 성장하여 불균일하게 형성되므로, 두껍게 형성된 부분에서는 얇게 형성된 부분에 비하여 실리콘 원자의 확산이 더욱 빠르게 진행된다. 이렇게 국부적으로 이동된 실리콘 원자들은 드레인 패드의 경계면에 텅스텐 실리사이드(WSi₂)를 형성한다. 드레인 패드의 경계면에서 텅스텐 실리사이드가 형성될 경우, 외부로부터 인가된 제1 신호가 하부 전극에 충분히 전달되지 못하며, 따라서 AMA 소자가 동작하지 않거나 오동작을 일으킬 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 고온 공정에서도 액티브 매트릭스 내부로부터 실리콘 원자가 드레인 패드로 확산되는 것을 최소화하여 소자의 성능을 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 6은 도 5에 도시한 장치 중 'A' 부분을 확대한 단면도를 도시한 것이다.

도 7a 내지 7e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도 8a 내지 도 8d는 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 게이트 상부, 게이트 하부, 좌측 소오스 및 우측 소오스 부분에서의 누설 전류를 도시한 것이다.

도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 게이트 상부, 게이트 하부, 좌측 소오스 및 우측 소오스 부분에서의 누설 전류를 도시한 것이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

100 : 액티브 매트릭스 105 : adhesion layer

110 : diffusion barrier 115 : 드레인 패드

120 : stress balance layer 125 : 제1 금속층

130 : 제1 보호층 135 : 제2 금속층

140 : 제2 보호층 145 : 식각 방지층

150 : 희생층 155 : 지지층

160 : 하부 전극 165 : 변형층

170 : 상부 전극 175 : 비어 홀

180 : 비어 컨택 185 : 스트라이프

190 : 에어 갭 200 : 액츄에이터

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 ⅰ) adhesion layer를 형성하는 단계, ⅱ) 상기 adhesion layer를 어닐링하는 단계, ⅲ) 상기 어닐링된 adhesion layer를 평탄화시키는 단계 및 ⅳ) 상기 adhesion layer의 상부에 드레인 패드를 형성하는 단계를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계, 그리고 상기 액티브 매트릭스 및 상기 제1 금속층의 상부에 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극 및 상기 하부 전극과 상기 드레인 패드를 연결하는 비어 컨택을 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상부 전극에는 제2 신호가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 이에 의하여, 액츄에이터 상부의 상부 전극도 같은 각도로 경사진다. 상부 전극은 광속을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행하므로 광원으로부터 입사되는 광속은 소정의 각도로 경사진 상부 전극에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.

따라서, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 티타늄을 사용하여 형성한 adhesion layer의 후속되는 고온 공정에 의하여 열적으로 불균일하게 성장하여 형성되는 티타늄 실리사이드층을 얇게 형성함으로써, 상부에 적층되는 diffusion barrier와 하부의 액티브 매트릭스 사이의 접착성은 최대화할 수 있으며, 티타늄 실리사이드층을 균일하게 형성하여 특정한 부위에서의 실리콘 원자의 과다한 확산을 방지할 수 있어서, 외부로부터 인가된 제1 신호가 하부 전극에 정확히 전달되게 하여 소자의 성능을 향상시킬 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 6은 도 5에 도시한 장치 중 'A' 부분을 확대한 단면도를 도시한 것이다.

도 4 내지 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터(200)를 포함한다.

상기 액티브 매트릭스(100)는, 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 제1 금속층(first metal layer)(125), 제1 금속층(125)의 상부에 형성된 제1 보호층(first passivation layer)(130), 제1 보호층(130)의 상부에 형성된 제2 금속층(second metal layer)(135), 제2 금속층(135)의 상부에 형성된 제2 보호층(second passivation layer)(140), 그리고 제2 보호층(140)의 상부에 형성된 식각 방지층(etch stop layer)(145)을 포함한다. 도 6을 참조하면, 상기 제1 금속층(125)은 액티브 매트릭스(100)의 상부에 적층된 adhesion layer(105), adhesion layer의 상부에 형성된 diffusion barrier(110), diffusion barrier(110)의 상부에 형성된 드레인 패드(drain pad)(115), 그리고 드레인 패드(115)의 상부에 적층된 stress balance layer(120)를 포함한다.

다시 도 5를 참조하면, 상기 액츄에이터(200)는 상기 식각 방지층(145) 중 아래에 드레인 패드(115)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(190)을 개재하여 식각 방지층(145)과 평행하게 형성된 단면을 가지는 지지층(supporting layer)(155), 지지층(155)의 상부에 적층된 하부 전극(160), 하부 전극(160)의 상부에 적층된 변형층(active layer)(165), 변형층(165)의 상부에 적층된 상부 전극(170), 변형층(165)의 일측으로부터 변형층(165), 하부 전극(160), 지지층(155), 식각 방지층(145), 제2 보호층(140) 및 제1 보호층(130)을 통하여 상기 드레인 패드(115)까지 수직하게 형성된 비어 홀(via hole)(175)의 내부에 형성된 비어 컨택(180)을 포함한다. 상기 상부 전극(170)의 일측에는 상부 전극(170)을 균일하게 작동시키는 스트라이프(185)가 형성된다. 본 발명의 지지층(155)은 선행 출원에 기재된 멤브레인(35)의 기능을 수행한다.

또한, 도 4를 참조하면 상기 지지층(155)의 일측 평면은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 지지층(155)의 타측 평면은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(155)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 볼록한 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 7a 내지 도 7e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 7a 내지 도 7e에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도 7a를 참조하면, 먼저 M×N개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 티타늄(Ti)을 사용하여 adhesion layer(105)를 형성한다. 상기 액티브 매트릭스(100)는 실리콘 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(alumina)(Al₂O₃) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 adhesion layer(105)는 먼저 티타늄을 스퍼터링 방법을 이용하여 300Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. adhesion layer(105)는 액티브 매트릭스(100)와 후속하여 형성되는 diffusion barrier(110) 사이의 접착력을 증대시킨다. 그러나, 종래에는 adhesion layer를 구성하는 티타늄이 후속되는 고온 공정 동안 액티브 매트릭스 내의 실리콘 원자와 결합하여 티타늄 실리사이드(TiSi₂) 화합물을 형성하고, 이 화합물은 실리콘 원자가 드레인 패드 방향으로 확산하는 것을 촉진시키는 역할을 수행하였다. 이에 비하여, 본 발명에서는 티타늄으로 이루어진 상기 adhesion layer(105)를 열처리(annealing)한다. 즉, 상기 adhesion layer(105)룰 700∼750℃의 온도에서 2∼3분 동안 급속 열처리(RTA)함으로써, 티타늄 실리사이드층을 열적으로 성장시켜 300Å의 두께를 가지도록 형성한다. 이 때, 티타늄 실리사이드층은 열적으로 성장되어 그 층의 두께가 불균일하게 되며, 그 결과 티타늄 실리사이드층이 얇게 성장한 부분에 비하여 두껍게 성장한 부분에서 실리콘 원자의 확산이 보다 활발하게 촉진되며, 이러한 특정 부위에서의 과다한 실리콘 원자의 확산으로 인하여 외부로부터 인가된 제1 신호가 하부 전극(160)에 충분히 전달되지 못하게 된다. 따라서, 어닐링 방법에 의하여 성장한 티타늄 실리사이드층을 CMP 방법 또는 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 바람직하게는, 액티브 매트리스(100)와 diffusion barrier(110)의 접착력을 최대로 하면서, 최소의 두께를 갖는 adhesion layer(105)를 형성하기 위하여 adhesion layer(105)의 두께가 100∼200Å 정도가 되도록 평탄화시킨다.

상기 adhesion layer(105)의 상부에는 diffusion barrier(110)가 형성된다. diffusion barrier(110)는 질화티타늄(TiN)을 스퍼터링 방법을 이용하여 500Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 계속해서, 상기 diffusion barrier(110)를 800∼900℃, 바람직하게는 850℃의 온도에서 5∼10분, 바람직하게는 10분 동안 열처리하여 델타-질화티타늄(δ-TiN)을 입방체 질화티타늄(cubic TiN)으로 상변이시킨다. 상기 diffusion barrier(110)는 실리콘 원자가 상기 액티브 매트릭스(100) 내부로부터 드레인 패드(115)로 확산되는 것을 방지한다. 일반적으로 스퍼터링 방법을 이용하여 diffusion barrier(110)를 형성할 경우, diffusion barrier를 구성하는 질화티타늄의 결정 방향은 액티브 매트릭스의 수평면에 대하여 (1, 0, 0) 면이 우세하게 형성된다. 상기 질화티타늄의 (1, 0, 0) 면은 수평 방향의 팽창에 대하여 약하므로, 후속되는 공정의 영향을 받아 diffusion barrier(110) 내에 미세 균열이 발생하여 액티브 매트릭스(100) 내의 실리콘 원자가 상기 미세 균열을 통하여 쉽게 확산된다. 따라서, 질화티타늄을 스퍼터링 방법으로 형성하고 열처리하여 상변이시킴으로써, 질화티타늄의 결정 방향은 (1, 1, 1) 면이 우세하도록 액티브 매트릭스(100)에 대해 수평하게 형성된다. 상기 (1, 1, 1) 면은 질화티타늄의 결정 방향 중 원자 밀도가 가장 높은 면이므로 수평 방향의 팽창에 대하여 미세 균열이 가장 적게 발생하여 실리콘의 확산을 효율적으로 방지할 수 있다.

상기 diffusion barrier(110)의 상부에는 드레인 패드(115)가 형성된다. 드레인 패드(115)는 텅스텐(W)을 스퍼터링 방법을 이용하여 4000Å 정도의 두께를 가지도록 적층한다. 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 상기 드레인 패드(115) 및 후속하여 형성되는 비어 컨택(180)을 통하여 하부 전극(160)에 인가된다. 계속하여, 상기 드레인 패드(115)의 상부에 stress balance layer(120)를 적층함으로써 제1 금속층(125)을 완성한다. 상기 stress balance layer(120)는 질화티타늄을 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 방법을 이용하여 500∼700Å 정도의 두께로 형성한다. 상기 stress balance layer(120)는 고온 공정에서 하부에 적층된 박막들이 받는 스트레스를 완화시켜 이들을 보호하는 기능을 수행한다.

도 7b를 참조하면, 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호하기 위하여 상기 stress balance layer(120)의 상부에 제1 보호층(130)을 형성한다. 제1 보호층(130)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 4000∼6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다.

상기 제1 보호층(130)의 상부에는 제2 금속층(135)이 적층된다. 제2 금속층(135)을 형성하기 위하여, 먼저 티타늄을 스퍼터링 방법을 사용하여 300Å 정도의 두께로 제1층을 적층한다. 이어서 상기 제1층의 상부에 질화티타늄(TiN)을 물리 기상 증착 방법(PVD)을 사용하여 적층하여 제2층을 적층한다. 상기 제2 금속층(135)은 광원으로부터 입사되는 광속이 반사층인 상부 전극(170) 뿐만 아니라, 상부 전극(170)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광전류(photo current)가 흐르게 되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 제2 금속층(135) 중 후속 공정에서 비어 컨택(180)이 형성될 부분을 식각하여 패터닝하여 제2 금속층(135)에 홀(hole)을 형성함으로써, 제1 보호층(130)의 일부를 노출시킨다.

상기 노출된 제1 보호층(130) 및 제2 금속층(135)의 상부에는 제2 보호층(140)이 적층된다. 제2 보호층(140)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착 방법을 사용하여 2000Å 정도의 두께로 적층한다. 상기 제2 보호층(140) 역시 후속하는 공정 동안 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)가 손상을 입게 되는 것을 방지한다. 상기 제2 보호층(140)의 상부에는 식각 방지층(145)이 적층된다. 식각 방지층(145)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(145)은 상기 액티브 매트릭스(100) 및 제2 보호층(140)이 후속하는 식각 공정 동안 식각되는 것을 방지한다.

상기 식각 방지층(145)의 상부에는 희생층(sacrificial layer)(150)이 적층된다. 희생층(150)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 2．0∼3．3㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(150)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(150)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 상기 희생층(150)이 1. 6㎛ 정도의 두께가 되도록 상부를 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 희생층(150) 중 아래에 상기 제2 금속층(135)의 홀이 형성된 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(145)의 일부를 노출시킨다.

도 7c를 참조하면, 제3층(154)은 상기 노출된 식각 방지층(145)의 상부 및 희생층(150)의 상부에 적층된다. 제3층(154)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼3000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제3층(154)은 후에 지지층(155)으로 패터닝된다. 이어서, 하부 전극층(159)을 상기 제3층(154)의 상부에 적층한다. 상기 하부 전극층(159)은 백금, 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 2000∼4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 하부 전극층(159)을 각각의 화소별로 분리하기 위하여 액츄에이터(200)가 형성되는 방향과 나란하게 Iso-Cutting한다. 하부 전극층(159)은 후에 하부 전극(160)으로 패터닝된다.

상기 하부 전극층(159)의 상부에는 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질로 구성된 제4층(164)이 적층된다. 제4층(164)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 4000∼6000Å, 바람직하게는 4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 제4층(164)을 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨 후, 제4층(164)을 이루는 압전 물질을 분극시킨다. 제4층(164)은 후에 변형층(165)으로 패터닝되어 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.

상부 전극층(169)은 상기 제4층(164)의 상부에 적층된다. 상부 전극층(169)은 알루미늄, 은, 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성을 동시에 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 2000∼6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 상부 전극층(169)을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖는 상부 전극(170)을 형성한다. 이 때, 상부 전극(170)의 일측에는 상부 전극(170)을 균일하게 동작시켜 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지하는 스트라이프(185)가 형성된다. 상기 상부 전극(170)에는 공통 전극선(도시되지 않음)으로부터 제2 신호가 인가된다. 따라서, 하부 전극(160)에 제1 신호가 인가되고 상부 전극(170)에 제2 신호가 인가되면, 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상기 변형층(165)이 변형을 일으키게 된다. 상부 전극(170)은 전기 전도성 및 반사성이 우수하므로 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 입사되는 광속을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.

도 7d를 참조하면, 상기 제4층(164) 및 하부 전극층(159)을 차례로 패터닝하여 각각 소정의 화소 형상을 갖는 변형층(165) 및 하부 전극(160)을 형성한다. 이 때, 변형층(165)은 상부 전극(170)보다 약간 넓은 면적을 가지며, 하부 전극(160)은 변형층(165)보다 약간 넓은 면적을 가진다. 계속하여, 상기 변형층(165) 중 아래에 상기 제2 금속층(135)의 홀이 형성된 부분의 상부로부터 변형층(165), 하부 전극(160), 제3층(154), 식각 방지층(145), 제2 보호층(140), 그리고 제1 보호층(130)을 차례로 식각하여 상기 제1 금속층(125)의 드레인 패드(115)까지 비어 홀(180)을 형성한 후, 상기 비어 홀(180)의 내부에 텅스텐, 알루미늄, 또는 티타늄 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 비어 컨택(180)을 형성한다. 비어 컨택(180)은 상기 드레인 패드(115)와 하부 전극(160)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(115) 및 비어 컨택(180)을 통하여 하부 전극(160)에 인가된다. 이어서, 상기 제3층(154)을 패터닝하여 상기 하부 전극(160)보다 약간 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 지지층(155)을 형성한다.

도 7e를 참조하면, 상기 희생층(150)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 희생층(150)의 위치에 에어 갭(190)을 형성한 후, 세정 및 건조 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 상부 전극(170)에 제2 신호를 인가하고 하부 전극(160)에 제1 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시하지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 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. 그리고, 상기 포토 레지스트층을 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.

도 8a 내지 도 8d는 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서 게이트(gate) 상부, 게이트 하부, 좌측 소오스(source) 및 우측 소오스 부분에서의 누설 전류(leakage current)를 도시한 것이며, 도 9a 내지 도 9d는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 게이트 상부, 게이트 하부, 좌측 소오스 및 우측 소오스 부분에서의 누설 전류를 도시한 것이다.

도 8a 내지 도 9d를 참조하면, 티타늄을 사용하여 adhesion layer를 형성한 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 소오스 및 게이트 부분에서의 누설 전류는 10^-6∼10^-8암페어(A) 정도인 반면에, 티타늄 실리사이드층을 열적으로 성장시킨 후 평탄화하여 adhesion layer를 형성한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 누설 전류는 10^-9∼10^-10암페어(A) 정도로 매우 적음을 알 수 있다. 또한, 도 8a 내지 도 8d에 도시한 바와 같이, 티타늄을 사용하여 adhesion layer를 형성한 박막형 광로 조절 장치는 누설 전류의 분포 편차가 매우 크지만, 도 9a 내지 9d에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 누설 전류는 분포 편차가 적고 정밀한 결과를 나타냄을 알 수 있다. 따라서, 티타늄 대신에 티타늄 실리사이드를 열적으로 균일하게 성장시켜 adhesion layer를 형성함으로써, 누설 전류를 크게 감소시킬 수 있으므로 보다 효율적으로 소자를 구동시킬 수 있다.

상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(115) 및 비어 컨택(180)을 통해 신호 전극인 하부 전극(160)에 인가된다. 동시에, TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 공통 전극선으로부터 상부 전극(170)에 제2 신호가 인가되어 상기 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(170)과 하부 전극(160) 사이의 변형층(165)이 변형을 일으킨다. 상기 변형층(165)은 발생한 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층(165)을 포함하는 상기 액츄에이터(200)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 광속을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(170)은 액츄에이터(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 따라서, 상부 전극(170)은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.

본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 티타늄을 사용하여 형성한 adhesion layer가 후속되는 고온 공정에 의하여 열적으로 불균일하게 성장하여 형성되는 티타늄 실리사이드층을 최소의 두께로 형성함으로써, 상부에 적층되는 diffusion barrier와 하부의 액티브 매트릭스 사이의 접착성을 최대화할 수 있으며, 상기 티타늄 실리사이드층을 균일하게 형성하여 특정한 부위에서의 실리콘 원자의 과다한 확산을 방지할 수 있어서, 외부로부터 인가된 제1 신호가 하부 전극에 충분히 전달되게 하여 소자의 성능을 향상시킬 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 (8)

1. M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 ⅰ) adhesion layer를 형성하는 단계, ⅱ) 상기 adhesion layer를 어닐링하는 단계, ⅲ) 상기 어닐링된 adhesion layer를 평탄화시키는 단계 및 ⅳ) 상기 adhesion layer의 상부에 드레인 패드를 형성하는 단계를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계; 그리고 상기 액티브 매트릭스 및 상기 제1 금속층의 상부에 지지층, 하부 전극, 변형층, 상부 전극 및 상기 하부 전극과 상기 드레인 패드를 연결하는 비어 컨택을 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 드레인 패드를 형성하는 단계는, 상기 adhesion layer의 상부에 diffusion barrier를 형성하는 단계 후에 수행되며, 상기 제1 금속층을 형성하는 단계는 상기 드레인 패드의 상부에 stress balance layer를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 diffusion barrier를 형성하는 단계는 질화티타늄(TiN)을 사용하여 스퍼터링 방법을 이용하여 수행되며, 상기 드레인 패드를 형성하는 단계는 텅스텐(W) 금속을 사용하여 스퍼터링 방법을 이용하여 수행되며, 상기 stress balance layer를 형성하는 단계는 질화티타늄을 물리 기상 증착(PVD) 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
4. 제2항에 있어서, 상기 diffusion barrier를 형성하는 단계는 (1, 1, 1) 면이 상기 액티브 매트릭스에 대하여 수평하게 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 adhesion layer를 형성하는 단계는, 티타늄을 사용하여 스퍼터링 방법을 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 adhesion layer를 어닐링하는 단계는, 상기 adhesion layer를 700∼750℃의 온도에서 2∼3분 동안 급속 열처리(RTA)하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 adhesion layer를 평탄화시키는 단계는, 상기 어닐링된 adhesion layer를 CMP 방법 또는 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법을 이용하여 평탄화시키는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 adhesion layer를 평탄화시키는 단계는, 상기 adhesion layer가 100∼200Å의 두께를 갖게 하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.

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