KR100248993B1 - 개선된 액츄에이터를 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents
개선된 액츄에이터를 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 Download PDFInfo
- Publication number
- KR100248993B1 KR100248993B1 KR1019970021957A KR19970021957A KR100248993B1 KR 100248993 B1 KR100248993 B1 KR 100248993B1 KR 1019970021957 A KR1019970021957 A KR 1019970021957A KR 19970021957 A KR19970021957 A KR 19970021957A KR 100248993 B1 KR100248993 B1 KR 100248993B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- layer
- lower electrode
- forming
- actuator
- active matrix
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 37
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 292
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims abstract description 58
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 55
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 48
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 46
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000000059 patterning Methods 0.000 claims description 15
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 4
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 19
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 18
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 11
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 10
- 238000004518 low pressure chemical vapour deposition Methods 0.000 description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 7
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- LEYNFUIKYCSXFM-UHFFFAOYSA-N platinum tantalum Chemical compound [Ta][Pt][Ta] LEYNFUIKYCSXFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 241000953555 Theama Species 0.000 description 5
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 5
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 4
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 4
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 description 4
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 4
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 2
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 235000013405 beer Nutrition 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N hydridophosphorus(.) (triplet) Chemical compound [PH] BHEPBYXIRTUNPN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000004151 rapid thermal annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/12—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body
- H01L27/1214—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs
- H01L27/1248—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being other than a semiconductor body, e.g. an insulating body comprising a plurality of TFTs formed on a non-semiconducting substrate, e.g. driving circuits for AMLCDs with a particular composition or shape of the interlayer dielectric specially adapted to the circuit arrangement
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S359/00—Optical: systems and elements
- Y10S359/904—Micromirror
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
개선된 액츄에이터를 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는 스위칭 동작을 수행하는 M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 포함하는 액티브 매트릭스, 그리고 ⅰ) 일측이 상기 액티브 매트릭스의 상부에 접촉되고 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성되며 개방부를 포함하는 지지층, ⅱ) 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, ⅳ) 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 및 ⅴ) 상기 하부 전극과 상기 드레인 패드를 연결하는 비어 컨택을 갖는 액츄에이터를 포함한다. 상기 액츄에이터는 상기 하부 전극의 하부가 식각되는 것을 방지하기 위하여 상기 하부 전극의 하부에 형성된 하부 전극 보호층을 더 포함한다. 상기 장치의 제조 방법에 따르면, 지지층에 개방부를 형성하여 지지층을 지지부와 구동부로 분리하여 변형층의 변형에 의하여 액티브 매트릭스의 상부에 적층된 박막들 사이에 발생하는 변형력을 지지부와 구동부 사이의 개방부에 집중시킴으로써, 변형층을 보다 큰 구동 각도로 구동시킬 수 있고, 액츄에이터의 초기 기울어짐을 줄일 수 있으며, 이들을 포함하는 액츄에이터의 피로를 최소화할 수 있다.
Description
본 발명은 AMA(Actuated Mirror Arrays)를 이용한 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액츄에이터(actuator)의 구동 각도를 증가시킬 수 있고 액츄에이터의 초기 기울어짐을 줄일 수 있으며, 액츄에이터의 피로(fatigue)를 최소화할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 모듈레이터(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치 등에 다양하게 응용될 수 있다. 이러한 장치들은 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다. 직시형 화상 표시 장치로는 CRT(Cathode Ray Tube) 등이 있으며, 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display：LCD), DMD(Deformable Mirror Device), 그리고 AMA 등이 있다. 상기 CRT 장치는 화질은 우수하지만 화면의 대형화가 어려운 단점이 있다. 즉, 화면의 크기가 커짐에 따라서 장치의 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 된다. 따라서, 광학적 구조가 간단하여 얇게 형성할 수 있으며 중량을 가볍게 할 수 있는 액정 표시 장치(LCD)가 개발되었다. 그러나, 액정 표시 장치는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 광효율을 가질 정도로 효율이 저하되며, 그 내부의 액정 물질의 응답 속도가 느리고, 장치가 과열되기 쉬운 문제점이 있었다. 이에 따라, 상기 문제점들을 해결하기 위하여 DMD, 또는 AMA 등의 장치가 개발되었다. 현재, DMD 장치가 약 5％ 정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10％ 이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA는 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)를 향상시켜 보다 밝고 선명한 화상을 맺을 수 있으며, 입사되는 광의 극성에 의해 영향을 받지 않을 뿐만 아니라 광의 극성에 영향을 끼치지 않는다.
이러한 광로 조절 장치인 AMA는 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하고 내부에 금속 전극을 형성한 세라믹 웨이퍼(ceramic wafer)를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉(sawing) 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치하여 이루어진다. 그러나, 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되고, 변형부의 응답 속도가 느린 문제점이 있다. 이에 따라, 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다.
이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 1996년 9월 24일에 특허 출원한 특허출원 제96-42197호(발명의 명칭：멤브레인의 스트레스를 조절할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 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 2를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)와 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(60)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(1)는 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 적층된 보호층(10)과 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스(1)에는 M×N 개의 MOS(Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터(transistor)(도시되지 않음)가 내장되어 있다.
상기 액츄에이터(60)는, 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(20)을 개재하여 상기 식각 방지층(15)과 평행하게 적층된 단면을 갖는 멤브레인(25), 멤브레인(25)의 상부에 적층된 하부 전극(30), 하부 전극(30)의 상부에 적층된 변형층(35), 변형층(35)의 상부에 적층된 상부 전극(40), 그리고 변형층(35)의 일측으로부터 하부 전극(30), 멤브레인(25), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 통하여 상기 드레인 패드(5)까지 형성된 비어 홀(45) 내에 상기 하부 전극(30)과 드레인 패드(5)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 비어 컨택(50)을 포함한다.
도 1을 참조하면, 멤브레인(25)의 평면의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 멤브레인(25)의 평면의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 멤브레인(25)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 돌출부가 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
이하 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 3a내지 도 3d에 있어서, 도 2와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 3a를 참조하면, M×N 개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(5)가 형성된 액티브 매트릭스(1)의 상부에 인 실리케이트 유리(Phosphor Silicate Glass : PSG)로 구성된 보호층(10)을 적층한다. 보호층(10)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition：CVD) 방법을 이용하여 1．0∼2．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(10)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)를 보호한다.
상기 보호층(10)의 상부에는 질화물을 사용하여 식각 방지층(15)을 적층한다. 식각 방지층(15)은 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(15)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 보호층(10) 및 액티브 매트릭스(1)가 식각되어 손상을 입는 것을 방지한다.
식각 방지층(10)의 상부에는 희생층(17)이 적층된다. 희생층(17)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법을 이용하여 1．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(17)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(17)의 표면을 스핀 온 글래스(Spin On Glass：SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(17) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 식각 방지층(15)의 일부를 노출시킨다.
도 3b를 참조하면, 멤브레인층(24)은 상기 노출된 식각 방지층(15)의 상부 및 희생층(17)의 상부에 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 적층된다. 상기 멤브레인층(24)은 실리콘 카바이드(silicon carbide)를 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용하여 200∼300℃의 온도 하에서 형성된다. 이 때, 상기 실리콘 카바이드는 액상(liquid) C6H18Si2로부터 발생한 실리콘(Si)과 탄소(C)를 증착시켜 제조한다. 또는, 상기 실리콘 카바이드는 SiH4와 CH4의 혼합체로부터 발생한 실리콘과 탄소를 증착시켜 제조할 수 있다. 계속하여, 멤브레인층(24) 내의 스트레스를 조절하기 위하여 600℃ 이하의 온도에서 실리콘 카바이드로 구성된 멤브레인층(24)을 열처리한다.
상기 멤브레인층(24)의 상부에는 백금(Pt) 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속을 사용하여 하부 전극층(29)이 적층한다. 하부 전극층(29)은 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 하부 전극층(29)은 후에 하부 전극(30)으로 패터닝된다. 계속하여, 하부 전극층(29)을 각각의 화소(pixel)별로 분리하기 위하여 IsoCutting한다.
도 3c를 참조하면, 상기 하부 전극층(29)의 상부에 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 제1층(34)을 형성한다. 제1층(34)은 졸-겔(sol-gel) 법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한 후, 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 제1층(34)은 후에 변형층(35)으로 패터닝된다. 상부 전극층(39)은 제1층(34)의 상부에 적층된다. 상부 전극층(39)은 알루미늄 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상부 전극층(39)은 후에 상부 전극(40)으로 패터닝된다.
도 3d를 참조하면, 상부 전극층(39)의 상부에 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후, 상부 전극층(39)을 소정의 형상으로 패터닝하여 상부 전극(40)을 형성한다. 상부 전극(40)에는 공통 전극선(도시되지 않음)으로부터 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 동시에 상부 전극(40)은 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광을 반사하는 거울의 역할도 수행한다. 상기와 같이 상부 전극층(39)을 패터닝할 때, 상부 전극(40)의 중앙부에 스트라이프(55)가 함께 형성된다. 스트라이프(55)는 액츄에이터(60)가 변형을 일으킬 때, 상부 전극(40)을 균일하게 휘게하여 광원으로부터 입사되는 광이 난반사 되는 것을 방지한다.
이어서, 상기 제1층(34), 하부 전극층(29)을 상부 전극층(39)을 패터닝하는 방법과 동일한 방법을 사용하여 변형층(35) 및 하부 전극(30)을 형성한다. 하부 전극(30)에는 외부로부터 MOS 트랜지스터를 통하여 제1 신호(화상 신호)가 인가된다. 계속하여, 변형층(35)의 일측으로부터 드레인 패드(5)의 상부까지 변형층(35), 하부 전극(30), 멤브레인층(24), 식각 방지층(15) 및 보호층(10)을 순차적으로 식각함으로써 상기 변형층(35)으로부터 드레인 패드(5)까지 비어 홀(43)을 형성한다. 이어서, 텅스텐(W), 백금, 또는 티타늄 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 드레인 패드(5)와 하부 전극(30)이 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(50)을 형성한다. 따라서, 비어 컨택(50)은 비어 홀(45) 내에서 하부 전극(30)으로부터 드레인 패드(5)까지 수직하게 형성된다. 그러므로, 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터로부터 전달된 제1 신호는 드레인 패드(5) 및 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가된다. 그리고, 상기 멤브레인층(24)을 패터닝하여 멤브레인(25)을 형성한 후, 희생층(17)을 플루오르화 수소(HF) 증기로 식각하고 세정 및 건조하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(5), 및 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가된다. 또한, 상부 전극(40)에는 제2 신호가 인가되어 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 형성된 변형층(35)이 변형을 일으킨다. 변형층(35)은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 변형을 일으키며, 변형층(35)을 포함하는 액츄에이터(60)는 상방으로 휘게 된다. 그러므로 액츄에이터(60) 상부의 상부 전극(40)도 같은 방향으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광속은 소정의 각도로 휘어진 상부 전극(40)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
그러나, 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 변형층, 하부 전극 및 지지층이 차례로 접착되어 있어서 변형층이 변형을 일으킬 때, 하부 전극 및 지지층이 함께 휘게됨으로써, 하부 전극과 지지층 사이에 변형력(stress)이 발생하여 변형층이 충분한 각도를 가지고 변형을 일으키지 못하게 되어 액츄에이터의 구동 각도가 작아지는 문제가 있다. 또한, 상부 전극과 하부 전극 사이에 발생하는 전기장에 따라 변형층의 변형이 반복될수록 변형층과 하부 전극 및 하부 전극과 지지층 사이에 발생하는 변형력으로 인하여 하부 전극에 균열이 발생함으로써 전기적인 오픈(open)이 일어날 수 있으며, 이들을 포함하는 액츄에이터의 피로가 가속화되는 문제점이 있다. 더욱이, 지지층과 하부 전극의 전면(全面)이 접착되어 지지층의 초기 기울어짐이 모두 하부 전극에 전달되어 지지층의 응력 분포 불균형으로 인한 액츄에이터의 초기 기울어짐이 더욱 크게 나타나는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 개선된 형상을 갖는 지지층을 형성함으로써 액츄에이터의 초기 기울어짐을 줄일 수 있고 액츄에이터를 큰 구동 각도로 구동시킬 수 있으며, 액츄에이터의 피로를 최소화할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 멤브레인의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 AA′선으로 자른 단면도이다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시한 장치를 BB′선으로 자른 단면도이다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시한 장치를 CC′선으로 자른 단면도이다.
도 9a 내지 도 9d는 도 8에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100：액티브 매트릭스105 : 드레인 패드
110 : 보호층115 : 식각 방지층
120 : 희생층125：지지층
125a：지지부125b : 구동부
130 : 개방부135：하부 전극 보호층
140：하부 전극145 : 변형층
150：상부 전극155 : 비어 홀
160：비어 컨택170：에어 갭
200 : 액츄에이터
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 스위칭 동작을 수행하는 M×N(M, N은 정수) 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 가지는 액티브 매트릭스와 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터를 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다. 상기 액츄에이터는 ⅰ) 일측이 상기 액티브 매트릭스의 상부에 접촉되고 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 형성되며 개방부를 포함하는 지지층, ⅱ) 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, ⅳ) 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 및 ⅴ) 상기 하부 전극과 상기 드레인 패드를 연결하는 비어 컨택을 포함한다. 상기 하부 전극의 하부에는 상기 하부 전극의 하부가 식각되는 것을 방지하기 위한 하부 전극 보호층을 더 포함한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 그리고 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 지지층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 지지층을 패터닝하여 개방부를 형성하는 단계, ⅲ) 상기 지지층의 상부에 하부 전극 보호층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 하부 전극 보호층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅵ) 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 및 ⅶ) 상기 드레인 패드와 상기 하부 전극을 연결하는 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
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. 이와 동시에 상부 전극에는 외부로부터 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, 따라서 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광은 소정의 각도로 경사진 상부 전극에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
상기에서 변형층이 변형을 일으킬 때 변형층 하부의 하부 전극, 하부 전극 하부의 하부 전극 보호층 및 하부 전극 보호층 하부의 지지층도 상기 변형층과 같은 방향으로 변형을 일으킨다. 이 경우, 변형층과 하부 전극이 접촉되는 면, 하부 전극과 하부 전극 보호층이 접촉되는 면 및 하부 전극 보호층과 지지층이 접촉되는 면에서 응력이 발생하게 된다. 종래의 박막형 광로 조절 장치에 있어서는, 이러한 응력이 적층된 박막들 전체에 작용함으로 인하여 변형층이 큰 구동 각도를 가지고 구동하기 어려웠으며, 액츄에이터의 피로가 가속화되기 쉬웠다. 그러나, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 지지층을 지지부와 구동부로 분리하여 형성하여 액티브 매트릭스의 상부에 적층된 박막들 사이의 응력을 지지부와 구동부 사이의 분리된 부분인 개방부에 집중시킴으로써, 변형층을 보다 큰 구동 각도로 구동시킬 수 있으며, 이들을 포함하는 액츄에이터의 피로를 최소화할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.
[실시예 1]
도 4는 본 발명의 실시예 1에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 BB′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(200)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100)는 실리콘(Si) 등의 반도체 기판(semiconductor substrate) 또는 유리나 알루미나(alumina)(Al2O3) 등의 절연 물질로 구성된다. 액티브 매트릭스(100)에는 외부로부터 제1 신호(화상 신호)를 인가 받아 스위칭 동작을 수행하기 위한 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있다. 상기 액티브 매트릭스(100)는, 상기 액티브 매트릭스(100) 및 드레인 패드(105)의 상부에 형성된 보호층(110)과 보호층(110)의 상부에 형성된 식각 방지층(115)을 포함한다.
상기 액츄에이터(200)는, 상기 식각 방지층(115) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(170)을 개재하여 상기 식각 방지층(115)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(125), 지지층의 상부에 형성된 하부 전극 보호층(135), 하부 전극 보호층(135)의 상부에 형성된 하부 전극(140), 하부 전극의 상부에 형성된 변형층(145), 그리고 변형층의 상부에 형성된 상부 전극(150)을 포함한다. 상기 지지층(125)의 일측에는 개방부(130)가 형성되어 있으며, 개방부(130)를 중심으로 지지부(125a)와 구동부(125b)로 분리된다. 상기 지지층(125)의 지지부(125a) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성된 부분에는, 상기 변형층(145)으로부터 하부 전극(140), 하부 전극 보호층(135), 지지층(125)의 지지부(125a), 식각 방지층(115), 그리고 보호층(110)을 통하여 드레인 패드(105)까지 수직하게 비어 홀(155)이 형성되며, 상기 비어 홀(155)의 내부에 비어 컨택(160)이 형성된다. 비어 컨택(160)은 하부 전극(140)과 드레인 패드(105)를 전기적으로 연결한다.
도 4를 참조하면, 상기 지지층(125)의 평면의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 지지층(125)의 평면의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(125)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 돌출된 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다. 상기 지지층(125)의 지지부(125a)와 구동부(125b)는 개방부(130)(빗금친 부분 참조)를 개재하여 서로 분리된다. 바람직하게는, 상기 개방부(130)는 직사각형의 형상을 가진다. 상기 지지층(125)은 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 액츄에이터를 지지하는 멤브레인(25)의 기능을 수행한다.
이하 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명의 실시예 1에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6e에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 6a를 참조하면, M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되어 있고 일측에 드레인 패드(105)가 형성된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 보호층(110)을 적층한다. 보호층(110)은 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
상기 보호층(110)의 상부에는 질화물을 사용하여 식각 방지층(115)을 형성한다. 식각 방지층(115)은 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(115)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 보호층(110) 및 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100) 등이 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(115)의 상부에는 희생층(120)이 적층된다. 희생층(120)은 인(P)의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 2. 0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(120)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(120)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP 방법을 이용하여 평탄화시킨다. 이어서, 희생층(120) 중 아래에 드레인 패드(105)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(115)의 일부를 노출시킴으로서 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치를 만든다.
도 6b는 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 희생층(120)의 상부에 제1 층(124)을 적층한 후 일측을 패터닝한 상태를 나타내는 도면이다.
도 6b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(115)의 상부 및 희생층(120)의 상부에 제1층(124)을 적층한다. 제1층(124)은 질화물 또는 금속 등의 경질의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 제1층(124)의 일측(도 4의 빗금친 부분 참조)을 식각하여 직사각형 형상의 개방부(130)를 형성함으로써, 상기 희생층(120)의 일부를 노출시켜 상기 제1층(124)을 액츄에이터(200)를 지지하는 기능을 수행하는 지지부(125a)와 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부(125b)로 분리한다. 종래에는, 지지층 중 액츄에이터를 지지하는 지지부와 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부가 일체로 형성되었으므로, 액츄에이터를 구성하는 박막들 내에 잔류하는 응력 분포의 불균일성에 기인하는 액츄에이터의 초기 기울어짐을 제어하기 어려웠다. 또한, 변형층이 변형을 일으킬 때 변형층 하부의 하부 전극 및 하부 전극 하부의 지지층도 상기 변형층과 같은 방향으로 휘어진다. 이 경우, 변형층과 하부 전극이 접촉되는 면, 하부 전극과 지지층이 접촉되는 면 전체에서 그 조절이 난해한 변형력이 발생하게 된다. 이러한 변형력으로 인하여 변형층이 큰 구동 각도를 가지고 구동하기 어려웠으며, 액츄에이터의 피로가 가속화되기 쉬웠다. 그러나, 본 실시예에서는, 지지층(125)을 지지부(125a)와 구동부(125b)로 분리하여 변형층(135)을 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있다. 즉, 변형층(135)이 변형을 일으킬 때 발생하는 변형력을 지지층(125)의 지지부(125a)와 구동부(125b) 사이의 개방부(130)에 집중시킴으로써 구동부(125b)를 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있다. 또한, 하부 전극(140)의 하부에 개방부(130)를 형성함으로써, 지지부(125a)와 구동부(125b) 사이의 응력 불균형을 해소하여 액츄에이터(200)의 초기 기울어짐을 줄일 수 있으며, 하부 전극(140)을 포함하는 액츄에이터(200)의 피로도 최소화할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 지지부(125a)와 구동부(125b)로 분리된 제1층(124) 및 상기 노출된 희생층(120)의 상부에는 하부 전극 보호층(135)이 적층된다. 상기 하부 전극 보호층(135)은 비정형 실리콘(amorphous silicon)을 PECVD 방법을 이용하여 300∼500Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 하부 전극 보호층(135)은 후에 상기 희생층(120)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 제거할 때, 상기 제1층(124) 중 지지부(125a)와 구동부(125b) 사이의 개방부(130)를 통하여 상기 플루오르화 수소 증기가 침투하여 상기 하부 전극(140)이 손상을 입게 되는 것을 방지하는 기능을 수행한다.
상기 하부 전극 보호층(135)의 상부에는 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속으로 구성된 하부 전극층(139)이 적층된다. 하부 전극층(139)은 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이와 동시에 하부 전극층(139)을 각각의 화소별로 분리하고 독립적인 제1 신호(화상 신호)를 인가하기 위하여 Iso-cutting한다. 상기 하부 전극층(139)은 후에 제1 신호가 인가되는 하부 전극(140)으로 패터닝된다.
상기 하부 전극층(139)의 상부에는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 구성된 제2층(144)이 적층된다. 제2층(144)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고 상기 제2층(144)을 구성하는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨 후, 분극(poling)시킨다. 제2층(144)은 후에 변형층(145)으로 패터닝된다.
상부 전극층(149)은 상기 제2층(144)의 상부에 적층된다. 상부 전극층(149)은 알루미늄, 은 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
도 6d를 참조하면, 상기 상부 전극층(149)을 패터닝하여 소정의 화소의 형상을 갖는 상부 전극(150)을 형성한다. 상부 전극(150)에는 공통 전극선(도시되지 않음)으로부터 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 계속하여, 상기 제2층(144) 및 하부 전극층(139)을 차례로 패터닝하여 상부 전극(150)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 변형층(145) 및 변형층(145)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 하부 전극(140)을 형성한다. 이 때, 하부 전극 보호층(135)은 상기 하부 전극(140)과 같은 형상을 갖도록 패터닝된다. 상기 상부 전극(150)에 전기장을 발생시키기 위하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되고 하부 전극(140)에 제1 신호가 인가되면 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상기 변형층(145)이 변형을 일으킨다.
계속하여, 상기 변형층(145)의 일측 상부로부터 드레인 패드(105)의 상부까지 변형층(145), 하부 전극(140), 제1층(124), 식각 방지층(115), 그리고 보호층(110)을 차례로 식각하여 비어 홀(155)을 형성한 후, 비어 홀(155) 내에 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 적층하여 비어 컨택(160)을 형성한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(160)을 통하여 하부 전극(140)에 인가된다. 그리고, 상기 제1층(124)을 패터닝하여 하부 전극(140)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 지지층(125)을 형성한다.
도 6e 참조하면, 상기 희생층(120)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각함으로써, 희생층(120)의 위치에 에어 갭(170)을 형성한 후, 남아 있는 식각 용액을 제거하기 위하여 헹굼 및 건조(rinse and dry) 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 M×N 개의 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 오믹 컨택(ohmic contact)(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 상부 전극(150)에 제2 신호를 인가하고 하부 전극(140)에 제1 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시되지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 두께까지 자른다(dicing). 계속하여, AMA 패널의 패드(도시되지 않음)를 노출시킨 후, 액티브 매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라내고 AMA 패널의 패드와 TCP의 패드를 ACF(Anisotropic Conductive Film)(도시되지 않음)를 사용하여 연결함으로써 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
상술한 본 발명의 실시예 1에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(105) 및 비어 컨택(160)을 통해 하부 전극(140)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(150)에는 외부로부터 제2 신호가 인가되어 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이의 변형층(145)이 변형을 일으킨다. 변형층(145)은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이 경우 상기 변형층(135)이 변형을 일으킬 때 발생하는 변형력이 지지층(125)의 지지부(125a)와 구동부(125b) 사이의 이격된 부분인 개방부(130)에 집중됨으로 인하여 구동부(125b)는 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있으며, 이에 따라 변형층(145)을 포함하는 상기 액츄에이터(200)는 보다 큰 구동 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 광을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(150)은 액츄에이터(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극(150)은 광원으로부터 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
[실시예 2]
도 7은 본 발명의 실시예 2에 따른 박막형 광로 조절 장치 중 지지층의 평면도를 도시한 것이며, 도 8은 도 7에 도시한 장치를 CC′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따른 박막형 광로 조절 장치는 외부로부터 제1 신호를 인가 받아 스위칭 동작을 수행하기 위한 M×N 개의 MOS 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(205)가 형성된 액티브 매트릭스(201)와 액티브 매트릭스(201)의 상부에 형성된 액츄에이터(300)를 포함한다. 상기 액티브 매트릭스(201)는, 상기 액티브 매트릭스(201) 및 드레인 패드(205)의 상부에 적층된 보호층(210)과 보호층(210)의 상부에 적층된 식각 방지층(215)을 포함한다.
상기 액츄에이터(300)는, 상기 식각 방지층(215) 중 아래에 드레인 패드(205)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(270)을 개재하여 상기 식각 방지층(215)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(225), 지지층(225)의 상부에 적층된 하부 전극 보호층(235), 하부 전극 보호층(235)의 상부에 적층된 하부 전극(240), 하부 전극(240)의 상부에 적층된 변형층(245), 그리고 변형층(245)의 상부에 적층된 상부 전극(250)을 포함한다.
상기 지지층(225)의 일측에는 개방부(230)가 형성되어 상기 지지층(225)은 개방부(230)를 중심으로 지지부(225a)와 구동부(225b)로 분리된다. 상기 지지층(225)의 상부에 적층되는 하부 전극 보호층(235)은 상기 지지부(225a)의 상부 및 상기 구동부(225b)의 일측 상부까지 형성된다. 하부 전극(240)은 상기 지지층(225) 중 지지부(225a)의 상부 및 구동부(225b)의 일측 상부에 상기 하부 전극 보호층(235)보다 약간 길게 형성되며, 그 일측이 구부러져 상기 구동부(225b)에 접촉된다. 또한, 상기 변형층(245)은 상기 하부 전극(240)의 상부에 상기 하부 전극(240)보다 약간 길게 형성되며 그 일측이 구부러져 상기 구동부(225b)에 접촉된다. 상기 상부 전극(250)은 상기 변형층(245)의 상부 및 구동부(225b)의 상부에 그 일측이 구부러져 상기 구동부(225b)에 접촉되게 형성된다. 상기 상부 전극(250), 변형층(245), 하부 전극(240) 및 하부 전극 보호층(235)은 상기 지지층(225) 중 개방부(230)의 단차를 따라 형성되므로 상기 액츄에이터(300)의 구동부는 요(凹)자의 형상을 가진다. 상기 지지층(225)의 지지부(225a) 중 아래에 드레인 패드(205)가 형성된 부분에 접촉되는 부분에는, 상기 변형층(145)으로부터 하부 전극(240), 하부 전극 보호층(235), 지지층(225), 식각 방지층(215), 그리고 보호층(210)을 통하여 드레인 패드(205)까지 수직하게 비어 홀(255)이 형성되며, 상기 비어 홀(255)의 내부에 비어 컨택(260)이 형성된다. 비어 컨택(260)은 하부 전극(240)과 상기 드레인 패드(205)가 서로 전기적으로 연결되도록 한다.
도 7을 참조하면, 상기 지지층(225)의 평면의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 또한, 상기 지지층(225)의 평면의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(225)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 돌출된 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다. 상기 지지부(225a)와 구동부(225b)는 상기 개방부(230)를 중심으로 서로 분리된다. 바람직하게는, 개방부(203)는 직사각형의 형상을 가진다.
이하 본 발명의 실시예 2에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 9a 내지 도 9d는 본 발명의 실시예 2에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 9a 내지 도 9d에 있어서, 도 7 및 도 8과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 9a를 참조하면, 본 실시예에 있어서, 희생층(220) 중 하부에 드레인 패드(205)가 형성된 부분을 식각하여 식각 방지층(215)의 일부를 노출시켜 액츄에이터(300)의 지지부가 형성될 위치를 만드는 단계까지의 공정은 도 6a에 도시한 본 발명의 실시예 1의 경우와 동일하다.
도 9b는 상기 노출된 식각 방지층(215)의 상부 및 희생층(220)의 상부에 제1층(224)을 적층한 후 일측을 식각한 상태를 나타내는 도면이다.
도 9b를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(215)의 상부 및 상기 희생층(220)의 상부에 제3층(224)을 적층한다. 제3층(224)은 질화물 또는 금속 등의 경질의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서, 상기 제3층(224)을 패터닝하여 제3층(224)의 일측에 개방부(230)(도 7의 빗금친 부분 참조)를 형성함으로써 액츄에이터(300)를 지지하는 기능을 수행하는 지지부(225a)와 소정의 각도로 변형을 일으키는 구동부(225b)로 분리하며, 이와 동시에 제3층(224)이 소정의 형상을 갖는 지지층(225)이 되도록 한다. 바람직하게는, 상기 개방부(230)는 직사각형의 형상을 갖도록 하여 상기 희생층(220)의 일부를 노출시킨다.
도 9c에 있어서, 하부 전극 보호층(235), 하부 전극(240), 변형층(245), 및 상부 전극(250)의 구성 물질은 실시예 1의 경우와 동일하다.
도 9c를 참조하면, 지지부(225a), 개방부(230) 및 구동부(225b)로 분리된 상기 지지층(225)의 상부 및 상기 노출된 희생층(220)의 상부에는 실시예 1의 경우와 동일한 구성 물질 및 제조 방법을 사용하여 하부 전극 보호층(235)을 적층한다. 계속하여, 상기 하부 전극 보호층(235)을 패터닝하여 상기 하부 전극 보호층(235) 중 상기 지지층(225)의 구동부(225b)의 상부에 형성된 부분의 일부를 식각함으로써 상기 지지층(225)의 구동부(225b)의 일부를 노출시킨다.
상기 노출된 구동부(225b) 및 하부 전극 보호층(235)의 상부에는 실시예 1의 경우와 동일한 구성 물질 및 제조 방법을 사용하여 하부 전극층(239)을 적층한다. 계속하여, 상기 하부 전극층(239)을 각각의 화소별로 독립적인 제1 신호를 인가하기 위하여 Iso-cutting하여 분리한다. 이어서, 상기 하부 전극층(239)을 패터닝하여 그 하부에 형성된 하부 전극 보호층(235)보다 약간 긴 길이를 갖는 하부 전극(240)을 형성함으로써 상기 구동부(225b)의 일부를 노출시킨다. 이 경우, 하부 전극(240)의 일측은 상기 구동부(225b)에 접촉된다.
상기 하부 전극(240)의 상부에는 실시예 1의 경우와 동일한 구성 물질 및 제조 방법을 이용하여 제4층(244)을 적층한다. 그리고, 제4층(244)을 패터닝하여 그 하부에 형성된 하부 전극(240)보다 약간 긴 길이를 갖는 변형층(245)을 형성함으로써 상기 구동부(225b)의 일부를 노출시킨다. 상부 전극층(249)은 상기 변형층(245) 및 노출된 구동부(225b)의 상부에 실시예 1의 경우와 동일한 구성 물질 및 제조 방법을 이용하여 적층한다. 이어서, 상기 상부 전극층(249)을 패터닝하여 소정의 화소의 형상을 갖는 상부 전극(250)을 형성한다.
도 9d를 참조하면, 상기 변형층(245)의 일측으로부터 드레인 패드(205)의 상부까지 변형층(245), 하부 전극(240), 지지층(224), 식각 방지층(215), 그리고 보호층(210)을 차례로 식각하여 비어 홀(255)을 형성한 후, 비어 홀(255) 내에 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 적층하여 비어 컨택(260)을 형성한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(201)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(205) 및 비어 컨택(260)을 통하여 하부 전극(240)에 인가된다.
계속하여, 상기 희생층(220)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각함으로써, 희생층(220)의 위치에 에어 갭(270)을 형성한 후, 남아 있는 식각 용액을 제거하기 위하여 헹굼 및 건조(rinse and dry) 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다. 이후의 박막형 AMA 모듈을 제조하는 공정 및 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 동작은 본 발명의 실시예 1의 경우와 동일하다. 또한, 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 변형층(245)의 변형에 의하여 상부 전극(250)이 경사지게 되어 광원으로부터 입사되는 광을 반사하여 스크린에 화상을 맺게 되는 과정도 실시예 1의 경우와 동일하다.
상기에서, 변형층(235)이 변형을 일으킬 때 발생하는 변형력이 지지층(225)의 지지부(225a)와 구동부(225b) 사이의 개방부(230)에 집중됨으로 인하여 구동부(225b)를 보다 큰 구동 각도로 구동할 수 있으며, 이에 따라 변형층(245)을 포함하는 액츄에이터(300)는 보다 큰 구동 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 또한, 상기 하부 전극 보호층(235), 하부 전극(240), 및 변형층(245)의 일측을 패터닝함으로써, 상기에서 변형층(245)이 변형을 일으킬 때 변형층(245)과 하부 전극(240)이 접촉되는 면, 하부 전극(240)과 하부 전극 보호층(235)이 접촉되는 면 및 하부 전극 보호층(235)과 지지층(225)이 접촉되는 면에서 발생하는 응력을 최소화하여 액츄에이터(300)의 초기 기울어짐 및 그 피로를 줄일 수 있다. 본 실시예에서는 직사각형의 형상을 갖는 개방부(230)를 형성하였지만, 액츄에이터(300)의 변형을 제한하지 않는 크기 내에서 타원형 및 기타 형상을 갖는 개방부를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 지지층에 개방부를 형성하여 지지층을 지지부와 구동부로 분리하여 변형층의 변형에 의하여 액티브 매트릭스의 상부에 적층된 박막들 사이에 발생하는 변형력을 지지부와 구동부 사이의 개방부에 집중시킴으로써, 변형층을 보다 큰 구동 각도로 구동시킬 수 있고, 액츄에이터의 초기 기울어짐을 줄일 수 있으며, 이들을 포함하는 액츄에이터의 피로를 최소화할 수 있다.
또한, 지지층의 상부에 형성된 하부 전극 보호층, 하부 전극, 및 변형층의 일측을 패터닝함으로써, 변형층이 변형을 일으킬 때 변형층과 하부 전극이 접촉되는 면, 하부 전극과 하부 전극 보호층이 접촉되는 면 및 하부 전극 보호층과 지지층이 접촉되는 면에서 발생하는 응력을 최소화할 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 (10)
- 스위칭 동작을 수행하는 M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드(105)를 포함하는 액티브 매트릭스(100); 그리고ⅰ) 일측이 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 접촉되고 타측이 에어 갭(170)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(100)와 평행하도록 형성되며 개방부(130)를 포함하는 지지층(125), ⅱ) 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극(140), ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층(145), ⅳ) 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극(150), 및 ⅴ) 상기 하부 전극(140)과 상기 드레인 패드(105)를 연결하는 비어 컨택(160)을 갖는 액츄에이터(200)를 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 액츄에이터(200)는 상기 하부 전극(140)의 하부가 식각되는 것을 방지하기 위하여 상기 하부 전극(140)의 하부에 형성된 하부 전극 보호층(135)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 개방부(130)는 직사각형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
- 제1항에 있어서, 상기 개방부(130)는 타원형의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 하부 전극 보호층은, 비정형 실리콘(amorphous silicon)으로 이루어지며 300 내지 500Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
- M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 형성된 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 그리고ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 지지층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 지지층을 패터닝하여 개방부를 형성하는 단계, ⅲ) 상기 지지층의 상부에 하부 전극 보호층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 하부 전극 보호층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅵ) 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 및 ⅶ) 상기 드레인 패드와 상기 하부 전극을 연결하는 비어 컨택을 형성하는 단계를 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 지지층을 패터닝하여 개방부를 형성하는 단계는, 상기 지지층의 일측을 직사각형 형상으로 패터닝하여 상기 액티브 매트릭스의 상부에 접촉되는 일측의 지지부와, 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하도록 타측의 구동부를 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- 제7항에 있어서, 상기 지지층을 패터닝하여 개방부를 형성하는 단계는, 상기 지지부와 상기 구동부가 상기 개방부를 개재하여 서로 분리되게 패터닝하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- 제6항에 있어서, 상기 하부 전극 보호층을 형성하는 단계는, 비정형 실리콘을 사용하여 PECVD 방법을 이용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측 상부에 드레인 패드를 가지는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 그리고상기 액티브 매트릭스의 상부에 ⅰ) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 지지층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 지지층을 패터닝하여 개방부를 형성하는 단계, ⅲ) 상기 지지층의 상부에 하부 전극 보호층을 적층한 후 패터닝하는 단계, ⅳ) 상기 하부 전극 보호층의 상부에 하부 전극을 형성한 후 패터닝하는 단계, ⅴ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성한 후 패터닝하는 단계, ⅵ) 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 및 ⅶ) 상기 드레인 패드와 상기 하부 전극을 연결하는 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970021957A KR100248993B1 (ko) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 개선된 액츄에이터를 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970021957A KR100248993B1 (ko) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 개선된 액츄에이터를 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR19980085792A KR19980085792A (ko) | 1998-12-05 |
| KR100248993B1 true KR100248993B1 (ko) | 2000-03-15 |
Family
ID=19507894
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1019970021957A KR100248993B1 (ko) | 1997-05-30 | 1997-05-30 | 개선된 액츄에이터를 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR100248993B1 (ko) |
-
1997
- 1997-05-30 KR KR1019970021957A patent/KR100248993B1/ko not_active IP Right Cessation
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR19980085792A (ko) | 1998-12-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR100248993B1 (ko) | 개선된 액츄에이터를 갖는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 | |
| KR100235607B1 (ko) | 박막형 광로 조절장치의 제조방법 | |
| KR100251108B1 (ko) | 매립된비어컨택을가지는박막형광로조절장치및그제조방법 | |
| KR100237340B1 (ko) | 액츄에이터의 초기 휘어짐을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절장치의 제조방법 | |
| KR100255752B1 (ko) | 박막형 광로 조절 장치의 제조방법 | |
| KR100237344B1 (ko) | 액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절장치의 제조방법 | |
| KR100235608B1 (ko) | 저온에서 내식성이 향상된 멤브레인을 갖는 박막형 광로 조절장치의 제조방법 | |
| KR100251098B1 (ko) | 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 | |
| KR100251109B1 (ko) | 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 | |
| KR100248985B1 (ko) | 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 | |
| KR100261772B1 (ko) | 개선된 비어 컨택을 갖는 박막형광로 조절장치 및 그 제조방법 | |
| KR100261769B1 (ko) | 개선된비어컨택을갖는박막형광로조절장치및그제조방법 | |
| KR100248490B1 (ko) | 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 | |
| KR100233371B1 (ko) | 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 | |
| KR100283529B1 (ko) | 박막형광로조절장치 | |
| KR100233994B1 (ko) | 광효율을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절장치 및 이의 제조 방법 | |
| KR100251107B1 (ko) | 박막형광로조절장치및그제조방법 | |
| KR100244513B1 (ko) | 박막형 광로 조절장치 및 이의 제조 방법 | |
| KR100244518B1 (ko) | 박막형 광로 조절장치의 제조 방법 | |
| KR19990004778A (ko) | 액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지할 수 있는 박막형 광로 | |
| KR19980078592A (ko) | 박막형 광로 조절 장치의 희생층 형성 방법 | |
| KR19980069195A (ko) | 안정한 액츄에이터를 갖는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 | |
| KR19980061488A (ko) | 박막형 광로 조절 장치의 제조방법 | |
| KR19980078590A (ko) | 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 | |
| KR19980054847A (ko) | 박막형 광로 조절장치의 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |