KR100251308B1

KR100251308B1 - 박막형광로조절장치및이의제조방법

Info

Publication number: KR100251308B1
Application number: KR1019970014856A
Authority: KR
Inventors: 남윤우
Original assignee: 전주범; 대우전자주식회사
Priority date: 1997-04-22
Filing date: 1997-04-22
Publication date: 2000-05-01
Also published as: KR19980077657A

Abstract

액츄에이터 내의 누설 전류를 차단할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는, M×N개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드가 형성된 액티브 매트릭스, 그리고 i) 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 적층되어 상기 액티브 매트릭스에 내장된 상기 트랜지스터로부터 발생한 화상신호가 인가되는 하부전극, ⅱ) 상기 하부전극의 상부에 적층되어 전계에 의하여 변형을 일으키는 변형층, ⅲ) 상기 하부전극과 변형층의 사이에 적층되어 변형층 내의 누설 전류를 방지하는 절연층 및 ⅳ) 상기 변형층의 상부에 적층되어 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 갖는 액츄에이터를 포함한다. 상기 장치에 따르면, 하부전극과 변형층의 사이에 큰 비저항을 갖는 절연층을 형성함으로써, 변형층 내에서 발생하는 누설 전류를 차단할 수 있다. 또한, 큰 비저항을 갖는 절연층을 포함하는 액츄에이터를 형성함으로써, 액츄에이터의 초기 구동 각도를 일정하게 유지할 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치 및 이의 제조 방법

본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)에 관한 것으로, 특히 액츄에이터(actuator)내의 누설 전류(leakage current)를 차단하고, 변형층의 비저항을 증가시켜 변형층을 포함하는 액츄에이터의 구동 각도를 일정하게유지함으로써 소자의 성능을 향상시킬 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 광속을 조절하여 화상을 형성할 수 있는 광로 조절 장치는 크게두 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. 이에 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 문제점들을 해결하기 위하여 DMD, 또는 AMA 등의 화상 표시장치가 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 반사되는 광속의 극성에 영향을 끼치지도 않는다. 이러한 미합중국 특허 제5,126,836호(issued to Gregory Um)에 개시된 AMA의 엔진 시스템의 개략도를 도1에 도시하였다.

도1에 도시한 바와 같이, 광원(1)으로부터 입사된 광속은 제1슬릿(3) 및 제1렌즈(5)를 지나면서 R·G·B(Red·Green·Blue) 표색계에 따라 분광된다. 상기 R·G·B별로 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·B 별로 형성된. AMA 소자들(13)(15)(17)은 각기 내부에 구비된 거울들을 소정의 각도로 경사지게 하여 입사된 광속을 반사시킨다. 이 때, 상기 거울은 거울의 하부에 형성된 변형층(active layer)의 변형에 따라 기울게 된다. 상기 AMA 소자들(13)(15)(17)로부터 반사된 빛은 제2렌즈(19) 및 제2슬릿(21)을 통과한 후, 투영렌즈(23)에 의하여 스크린(도시되지 않음)에 투영되어 화상을 맺게 된다.

이러한 광로 조절 장치인 AMA는 크게 벌크(buk)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 저울을 설치하여 이루어진다. 그러나 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 높은 정밀도가 요구되고 변형층의 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 제조 방법)에 개시되어 있다. 도2는 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도3은 도2에 도시한 장치를 A-A'선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도2 및 도3을 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 M×N(M, N은 정수)개의 M0S(Metal 0xide Semiconductor) 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드(pad)(42)가 형성된 액티브 매트릭스(41)와 액티브 매트릭스(41)의 상부에 형성된 액츄에이터(57)를 포함한다.

상기 액티브 매트릭스(41)는, 액티브 매트릭스(41) 및 패드(42)의 상부에 적층된 보호층(passivation layer)(43), 보호층(43)의 상부에 적층된 차단층(barrier metal layer)(44), 차단층(44)의 상부에 적층된 식각 방지층(etch stop layer)(45), 그리고 식각 방지층(45)으로부터 차단층(44) 및 보호층(43)을 통하여 상기 패드(42)까지 수직하게 형성된 플러그(47)를 포함한다.

상기 액츄에이터(57)는, 식각 방지층(45)중 플러그(47)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(air gap)(55)을 개재하여 상기 식각 방지층(45)과 평행하게 형성된 하부전극(bottom electrode)(49), 하부전극(49)의 상부에 적층된 변형층(active layer)(51), 변형층(51)의 상부에 적층된 상부전극(top electrode)(53)을 포함한다. 또한, 도2를 참조하면, 상기 하부전극(49)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 사각형 형상의 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상을 가진다. 상기 하부전극(49)의 타측은 인접한 액츄에이터의 하부전극의 계단형으로 넓어지는 오목한 부분에 대응하도록 계단형으로 좁아지는 돌출부를 갖는다. 따라서, 상기 하부전극(49)의 돌출부는 인접한 액츄에이터의 하부전극의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 하부전극(49)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 하부전극의 돌출부가 끼워져서 형성된다.

이하, 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 설명한다. 도4a 내지 도4f는 도3에 도시한 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도이다. 도4a 내지 도4f에서 도3과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도4a를 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. 상기 액티브 매트릭스(41)는 실리콘(Si) 등의 반도체, 또는 유리나 알루미나(alummina)(AL₂O₃) 등의 절연 물질로 구성되며, 상기 패드(42)는 텅스텐(W)으로 구성된다. 상기 보호층(43)은 폴리이미드(PolyImide: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 스핀온 글래스(Spin On Glass:SOG)를 사용하여 형성할 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. 그러나, 스핀 코팅 방법을 이용하면 액티브 매트릭스(41)의 표면이 CMP 공정으로 인하여 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 보호층(43) 표면의 평탄도를 향상시킬 수 있다. 그리고, 통상의 보호층의 재료인 인 실리케이트 유리(Phospho-Silicate Glass : PSG)를 사용하여 보호층을 형성하는 경우에 비하여, 폴리이미드(PI)계의 중합체나 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하면 저온에서 보호층(43)을 형성할 수 있다.

도4b를 참조하면, 상기 보호층(43)의 상부에 차단층(44)을 적층한다. 차단층(44)은 백금(Pt), 또는 알루미늄(Al) 등의 금속을 사용하여 스퍼터링 방법으로 500∼1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기와 같이 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 광전류(photo current)가 액티브 매트릭스(41)로 흐르는 것을 방지한다.

상기 차단층(44)의 상부에는 식각 방지층(45)이 적층된다. 식각 방지층(45)은 질화물(nitride)을 PECVD(Plasma Enhanced CVD) 방법으로 1000∼2000Å, 바람직하게는 1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(45)은 후속하는 식각공정 동안 액티브 매트릭스(41) 및 보호층(43)이 식각되는 것을 방지하며, 차단층(44)과 하부전극(49)을 절연시킨다. 그리고, 상기 식각 방지층(45), 광전류 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)로부터 패드(42)까지 수직하게 형성된다. 따라서 화상 신호는 액티브 매트릭스(41)에 내장된 트랜지스터로부터 패드(42) 및 플러그(47)를 통하여 하부전극(49)에 전달된다.

도4c를 참조하면, 상기 식각 방지층(45)의 상부에 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 희생층(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 상기 식각 방지층(45) 중 아래에 플러그(47)가 형성된 부분을 노출시킨다.

도4d를 참조하면, 신호 전극인 하부전극(49)은 상기 희생층(47)의 상부 및 상기 노출된 식각 방지층(45)의 상부에 적층된다. 상기 하부전극은(49) 백금(Pt), 또는 탄탈륨(Ta) 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이어서 상기 하부전극(49)을 각 픽셀(pixel)별로 분리하기 위하여 건식 식각 방법으로 식각하여 패터닝한다.

도4e를 참조하면, 상기 하부전극(49)의 상부에 산화아연(ZnO)를 사용하여 변형층(51)를 적층한다. 상기 변형층(51)은 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 변형층(51)를 산화아연을 사용하여 형성할 경우, 일반적인 변형층의 구성 물질인 PZT, 또는 PLZT는 650℃ 이상의 온도에서 열처리를 하여 상변이 시키므로 PZT, 또는 PLZT 등에 비하여 저온에서 변형층을 형성할 수 있다. 변형층을 고온에서 형성할 경우, 보호층(43)의 구성 물질인 폴리이미드계의 중합체에 영향을 주게된다. 이에 비하여 신화아연을 사용하면, 저온에서 변형층을 형성하는 것이 가능하므로 보호층(43)의 구성 재료인 폴리이미드계의 중합체에 영향을 주지 않고 상기 변형층(51)를 형성할 수 있다.

이어서, 상기 변형층(51)를 각각의 픽셀로 분리하기 위하여 건식 식각 방법으로 식각한다. 그리고 상기 변형층(51)의 상부에 전기 전도성 및 반사 특성이 우수한 알루미늄, 또는 백금 등의 금속을 사용하여 상부전극(53)을 적층한다. 상기 상부전극(53)은 스퍼터링 방법으로 500∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부전극(53)에는 바이어스 전압이 인가되며, 동시에 상부전극(53)은 입사된 광속을 반사하는 거울로 이용된다. 계속하여, 상기 상부전극(53)의 상부로부터 순차적으로 상부전극(53), 변형부(51), 그리고 하부전극(49)을 픽셀 형상으로 패터닝한다.

도4f를 참조하면, 상기 희생층(48)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여식각하여 상기 희생층(48)을 에어 갭(55)을 형성한 후, 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 하부전극(49)에 인가된다. 동시에, 상부전극(53)에는 바이어스 전압이 인가되어 상부전극(53)과 하부전극(49)사이에 전계가 발생한다. 이 전계에 의하여 변형층(51)이 변형을 일으킨다.변형층(51)은 전계에 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 액츄에이터(57)는 하부전극(49)이 형성되어 있는 방향의 위쪽 방향으로 휘게 된다.

액츄에이터(57) 상부의 상부전극(53)은 거울의 기능도 수행하므로 상기 변형층(51)의 변형에 따라서 소정의 각도를 가지고 같은 방향으로 경사진다. 그러므로,광원으로부터 입사된 광속은 소정의 각도로 경사진 상부전극(53)에 의해 반사되어스크린에 투영된다. 이 때, 액티브 매트릭스(41) 상부의 상부전극(53)이 형성된 부분을 제외한 부분에 입사된 광속으로 인한 광전류는 차단층(44)이 차단한다.

그러나 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부전극과 하부전극 사이에 발생하는 전계에 의해서 변형을 일으키는 변형층의 비저항이 작음으로 인하여 변형층이 변형을 일으키는 동안, 변형층 내에서 누설 전류가 발생하며, 변형층을 포함하는 액츄에이터의 구동 각도가 구동시간동안 초기의 구동 각도 보다 점차 작아지는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 변형층의 하부에 절연층을 형성함으로써 변형층내의 누설 전류를 방지하고, 변형층의 비저항을 증가시켜 변형층을 포함하는 액츄에이터의 구동 각도를 일정하게 유지하여 향상된 성능을 가지는 박막형 광로 조절 장치 및 이의 제조 방법을 제공함에 있다.

도1은 종래의 광로 조절 장치의 엔진 시스템의 개략도이다.

도2는 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도3은 도2에 도시한 장치를 A-A'선으로 자른 단면도이다.

도4a 내지 도4f는 도3에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

도5는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.

도6은 도5에 도시한 장치를 B-B'선으로 자른 단면도이다.

도7a 내지 도7f는 도5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 광원 3, 21 : 슬릿

5, 19, 23 : 렌즈 7, 9, 11 : 거울

13, 14, 15 : AMA 소자 41, 61 : 액티브 매트릭스

42, 62 : 패드 43, 63 : 보호층

44, 64 : 차단층 45, 65 :식각 방지층

47, 67 : 플러그 48, 68 : 희생층

49, 69 : 하부전극 51, 73 : 변형층

53, 75 : 상부전극 55, 76 : 에어 갭

57, 77 : 액츄에이터 71 : 절연층

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 박막형 광로조절장치는, M×N(M,N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드가 형성된 액티브 매트릭스와 이 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터를 포함하여 구성하되, 상기 액츄에이터가 상기 액티브 매트릭스의 상부에 일측어 접촉되며 타측이 에어 갭을 개재하여 상기 액티브 매트릭스와 평행하게 적층되어 상기 액티브 매트릭스에 내장된 상기 트랜지스터를 통하여 전달된 화상 신호가 인가되는 하부전극과, 상기 하부전극의 상부에 적층되어 전계에 의하여 변형을 일으키는 변형층, 상기 하부전극과 상기 변형층 사이에 적층되어 상기 변형층 내의 누설 전류를 방지하는 절연층 및, 상기 변형층의 상부에 적층되어 바이어스 전압이 인가되는 상부전극을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 또 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 박막형 광로조절장치의 제조방법은, M×N 개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계와; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 상부에 변형층을 형성하는 단계; 상기 변형층의 상부에 상부전극을 형성하는 단계; 그리고 상기 하부전극, 상기 절연층, 상기 변형층 및 상기 상부전극을 패터닝하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부전극에는 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 전압이 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 신호는 상기 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 패드 및 플러그를 통하여 하부전극에 인가된다. 따라서, 상부전극과 하부전극 사이에 전계가 발생하며, 이 전계에 의하여 상부전극과 하부전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다.

변형층은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 변형층을 포함하는 액츄에이터는 소정의 각도를 갖고 상방으로 휘어진다. 이 때, 큰 저항값을 갖는 절연층은 변형층 내에서 발생하는 누설 전류를 차단하며, 액츄에이터가 초기의 구동각도를 유지할 수 있도록 한다. 공통 전극인 동시에 광속을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상기 상부전극 역시 소정의 각도를 갖고 상방으로 경사지게 된다. 이에 따라서, 상부전극은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺는다.

그러므로, 상술한 박막형 광로 조절 장치는 화상 신호가 인가되는 하부전극과 전계에 따라 변형층을 일으키는 변형층의 사이에 큰 비저항을 갖는 절연층을 형성함으로써, 변형층 내에서 발생하는 누설 전류를 차단할 수 있다. 또한, 큰 비저항을 갖는 절연층을 포함하는 액츄에이터를 형성함으로써, 구동시간동안 액츄에이터의 초기 구동 각도를 일정하게 유지할 수 있다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 박막형 광로 조절장치 및 이의 제조 방법을 상세히 설명한다.

도5는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도6은 도5에 도시한 장치를 B-B'선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.

도5 및 도6을 참조하면, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(61)와 상기 액티브 매트릭스(61)의 상부에 형성된 액츄에이터(77)를 포함한다. 내부에 M×N(M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스 형태로 내장되어 있으며, 일측 상부에 패드(62)가 형성된 상기 액티브 매트릭스(61)는, 액티브 매트릭스(61) 및 패드(62)의 상부에 형성된 보호층(63), 보호층(63)의 상부에 형성된 차단층(64), 차단층(64)의 상부에 형성된 식각 방지층(65), 그리고 식각 방지층(65)으로부터 차단층(64) 및 보호층(63)을 통하여 상기 패드(62)까지 수직하게 형성된 플러그(plug)(67)를 포함한다. 상기 액츄에이터(77)는 일측이 아래에 패드(62)가 형성된 상기 식각 방지층(65)에 접촉되며, 타측이 에어 갭(75)을 개재하여 식각 방지층(65)과 평행하게 형성된 하부전극(69), 하부전극의 상부에 형성된 절연층(71), 절연층(71)의 상부에 형성된 변형층(73), 그리고 변형층(73)의 상부에 형성된 상부전극(75)을 포함한다.

또한, 도5를 참조하면, 상기 하부전극(69)은 그 일측이 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 사각형 형상의 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상을 가진다. 상기 하부전극(69)의 타측은 인접한 액츄에이터의 하부전극의 계단형으로 넓어지는 오목한 부분에 대응하도록 계단형으로 좁아지는 돌출부를 갖는다. 따라서, 상기 하부전극(69)의 돌출부는 인접한 액츄에이터의 하부전극의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 하부전극(69)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 하부전극의 돌출부가 끼워진다.

이하 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 도7a 내지 도7f는 도6에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도7a 내지 도7f에 있어서, 도6과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.

도7a를 참조하면, 먼저 집적도를 높일 수 있는 특징을 가지며 반도체 기억소자로서 대규모 집적 회로에 널리 쓰이는 M×N(M, N은 정수)개의 MOS 트랜지스터(도시하지 않음)가 내장되어 있고, 일측 상부에 패드(62)가 형성된 액티브 매트릭스(61)를 제공한다. 바람직하게는, 상기 액티브 매트릭스(61)는 실리콘 웨이퍼 등에 M×N매트릭스 형태로 MOS 트랜지스터를 형성한 다음, 최상부에 MOS트랜지스터의 드레인과 연결되어 노출된 패드(62)를 형성하여 준비한다.

다음에는, 상기 액티브 매트릭스(61) 및 패드(62)의 상부에 보호층(63)을 화학기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 적층한다. 또한, 상기 보호층(63)은 폴리이미드(PI)계의 중합체를 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용하여 300∼400℃, 바람직하게는 350℃ 정도의 온도에서 1.0∼ 2.0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성할 수 있다. 또한, 보호층(63)은 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하여 형성할 수 있다. 보호충(63)은 후속하는 공정 동안 상기 액티브 매트릭스(61)가 손상을 입는 것을 방지한다.

도7b를 참조하면, 상기 보호층(63)의 상부에 백금, 또는 알루미늄 등의 금속을 사용하여 차단층(64)을 적층한다. 차단층(64)은 스퍼터링 방법으로 500∼1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기와 같이 백금, 또는 알루미늄 등의 금속으로 차단층(64)을 형성할 경우, 폴리이미드계의 중합체로 구성된 보호층(63)과의 접착성이 우수하여 접착이 잘 이루어진다. 차단층(64)은 광원으로부터 입사되는 광속으로 인해 발생하는 광전류가 상기 액티브 매트릭스(61) 내로 흘러들어가 소자의 오동작을 유발하는 것을 방지한다.

이어서, 상기 차단층(64)의 상부에 질화물을 사용하여 식각 방지층(65)을 1000∼2000Å 정도의 두께로 적층한다. 상기 식각 방지층(65)은 박막을 증착시키는 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 공정을 이용하여 증착시킨다. 즉, 저압의 반응 용기내에서 열 에너지에 의한 화학 반응을 이용하여 상기 차단층(64)의 상부에 질화물을 증착시킴으로써 식각 방지층(65)을 형성한다. 상기 식각 방지층(65)은 후속하여 형성되는 희생층(68)을 식각할 때 상기 액티브 매트릭스(61), 차단층(64) 및 보호층(63)이 식각되어 손상되는 것을 방지하는 역할을 한다.

계속하여, 상기 식각 방지층(65)의 상부에 포토 레지스트(photo resist)(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 다음, 아래에 패드(62)가 형성되어 있는 부분이 노출되도록 패터닝하여 식각 방지층(65), 차단층(64) 및 보호층(63)을 차례로 식각한 후, 플러그(67)를 형성한다. 플러그(67)는 텅스텐, 또는 백금 등을 리프트-오프 방법을 이용하여 상기 식각 방지층(65)으로부터 패드(62)까지 수직하게 형성된다. 따라서, 화상 신호는 액티브 매트릭스(61)에 내장된 트랜지스터로부터 패드(62) 및 플러그(67)를 통하여 하부전극(69)에 인가된다. 그리고, 상기 포토 레지스트를 제거한다.

도7c를 참조하면, 상기 식각 방지층(65) 및 플러그(67)의 상부에 희생층(68)을 적층한다. 상기 희생층(68)은 액츄에이터(77)를 형성하기 위한 적층을 용이하게 하는 기능을 수행하며, 상기 액츄에이터(77)의 형성이 완료된 후에는 플루오르화 수소(HF) 증기에 의해서 제거된다. 상기 희생층(68)은 높은 인(P) 농도를 갖는 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 공정을 이용하여 0.5∼2. 0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 즉, 대기압 하의 반응 용기 내에서 열 에너지에 의한 화학 반응을 이용하여 희생층(68)을 증착시킨다. 이 경우, 상기 희생층(68)은 트랜지스터들이 내장된 액티브 매트릭스(61)의 표면을 덮고 있으므로, 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 알코을-기지 솔벤트에 혼합된 실록산, 또는 실리케이트로 이루어진 스핀 온 글래스(Spin On G1ass : SOG)를 이용하거나 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 공정을 이용하여 희생충(68)의 표면을 평탄화시킨다. 다음으로는, 건식 식각 공정 또는 습식 식각 공정을 이용하여 상기 희생층(68)중 아래에 플러그(67)가 형성된 부분을 패터닝함으로써 액츄에이터(77)의 지지부가 형성될 위치를 만든다. 즉, 예를 들어 플루오르화 수소(HF)와 같은 식각 용액을 이용하여 희생층(68)을 식각하거나, 또는 플라즈마나 이온 빔(ion beam)을 이용하여 희생층(68)을 식각하여 상기 식각 방지층(65)중 아래에 패드(62)가 형성된 부분을 노출시킨다.

도7d를 참조하면, 상기 노출된 식각 방지층(65)의 상부 및 희생층(68)의 상부에 스퍼터링 공정을 이용하여 백금(Pt), 또는 백금(Pt)-탄탈륨(Ta)을 0.1∼1.0㎛ 정도의 두께로 증착시켜서, 신호 전극인 하부전극(69)을 형성한다. 상기 하부전극(69)을 형성한 후에는, 하부전극(69)을 각각의 화소(pixel) 별로 분리하기 위하여 iso-cutting을 한다. 이어서, 상기 하부전극(69)의 상부에 실리카(silica)(SiO₂), 또는 알루미나(alumina)(Al₂O₃)로 구성된 절연층(71)을 형성한다. 절연층(71)은 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 사용하여 500∼2000Å, 바람직하게는, 1000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다.

도7e를 참조하면, 상기 절연층(71)의 상부에 산화아연(ZnO)을 사용하여 변형층(73)을 적층한다. 변형층(73)은 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛, 바람직하게는, 0.4㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 종래에는 하부전극과 상부전극 사이에 변형층만을 형성하였다. 이 경우, 산화아연으로 이루어진 변형층의 비저항은 10⁷∼10⁸Ω 정도의 작은 값을 가지며, 이로 인하여 변형층 내에서 누설 전류(leakage current)가 발생할 가능성이 매우 높았다. 또한, 변형층의 저항값이 작아서 변형층을 포함하는 액츄에이터의 구동 각도가 초기의 구동각도를 유지하지 못하고 시간이 지남에 따라 점차 작아지는 문제가 있었다. 본 발명에서는 상기 변형층(73)의 하부에 저항을 증가시키는 절연층(71)을 형성한다. 상기 절연층(71)은 10¹²Ω 이상의 저항값을 가지므로 변형층(73) 내의 누설 전류를 방지할수 있으며, 변형층(73)을 포함하는 액츄에이터(77)가 초기 구동 각도를 유지할 수 있게 된다.

도7f를 참조하면, 상기 변형층(73)의 상부에 알루미늄(Al), 은(Ag), 또는 백금(Pt) 등의 금속을 스퍼터링한다. 그 결과, O.1∼1.O㎛ 정도의 두께를 갖는 공통전극인 상부전극(75)이 형성된다. 계속하여, 상부전극(75), 변형층(73), 절연 층(71) 및 하부전극(69)을 소정의 화소 형상으로 순차적으로 패터닝한다. 즉, 상부전극(75)의 상부에 식각될 재료에 대해서 내성을 갖는 포토 레지스트층(도시하지 않음)을 형성한 후, 상기 상부전극(75)을 패터닝한다. 이어서, 상기 상부전극(75), 변형층(73) 및 절연층(71)의 상부에 포토 레지스트층(도시되지 않음)을 형성한 후, 상기 변형층(73) 및 절연층(71)을 패터닝한다. 이와 같은 방식으로 하부전극(69) 역시 소정의 화소 형상으로 패터닝한다.

계속하여, 상기 포토 레지스트층을 식각한 후, 희생층(68)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 이용하여 제거한다. 그리고, 남아있는 식각 용액을 제거하기 위하여헹굼(rinsing) 및 건조(drying) 처리를 수행한다. 이와 같이 희생층(68)이 제거되면 에어 갭(76)이 형성된다.

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(61)의 하단에 증착시켜 저항 컨택(ohmic contact)(도시하지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 공통 전극인 상부전극(75)에 바이어스 전압을 인가하고 신호 전극인 하부전극(69)에 화상 신호를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시하지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 통상의 포토리쏘그래피 방법을 이용하여 액티브 매트릭스(100)를 자른다. 이 경우, 후속되는 공정을 대비하여 액티브 매트릭스(61)를 소정의 두께까지 잘라낸다. 이어서, TCP 본딩에 대비하여 충분한 높이를 가지도록 AMA 패널의 패드(도시하지 않음) 상부에 포토 레지스트층(도시하지 않음)을 형성한 후, 상기 포토 레지스트층 중 아래에 상기 패드가 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 AMA 패널의 패드를 노출시킨다. 이 후에, 상기 포토 레지스트층을 제거한다, 계속하여, AMA 패널의 패드와 TCP의 패드를 연결하여 박막형 AMA 모듈의 제조를 완성한다.

상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부전극(75)에는 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 바이어스 전압이 인가된다. 동시에 상기 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 신호는 상기 액티브 매트릭스(61)에 내장된 트랜지스터, 패드(62) 및 플러그(67)를 통하여 하부전극(69)에 인가된다. 따라서, 상부전극(75)과 하부전극(69) 사이에 전계가 발생하며, 이 전계에 의하여 상부전극(75)과 하부전극(69) 사이의 변형층(73)이 변형을 일으킨다.

변형층(73)은 전계에 대하여 수직한 방향으로 수축하며, 따라서 변형층(73)을 포함하는 액츄에이터(77)는 소정의 각도를 갖고 상방으로 휘어진다. 이 때, 큰 저항값을 갖는 절연층(71)은 변형층(73) 내에서 발생하는 누설 전류를 차단하며, 액츄에이터(77)가 초기의 구동 각도를 유지할 수 있도록 한다. 공통 전극인 동시에 광속을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상기 상부전극(75) 역시 소정의 각도를 갖고 상방으로 경사지게 된다. 이에 따라서, 상부전극(75)은 광원으로부터 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺는다.

본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치는 화상 신호가 인가되는 하부전극과 전계에 따라 변형층 일으키는 변형층의 사이에 큰 비저항을 갖는 절연층을 형성함으로써, 변형층 내에서 발생하는 누설 전류를 차단할 수 있다. 또한, 큰 비저항을 갖는 절연층을 포함하는 액츄에이터를 형성함으로써, 액츄에이터의 초기 구동 각도를 일정하게 유지할 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예에 의하여 상세하게 설명 및 도시하였지만,본 발명은 이에 의하여 제한되는 것이 아니라 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적인 범위 내에서 이를 변형하는 것이나 개량하는 것이 가능하다.

Claims

(정정) M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드(62)가 형성된 액티브 매트릭스(61); 그리고 i) 상기 액티브 매트릭스(61)의 상부에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(76)을 개재하여 상기 액티브 매트릭스(61)와 평행하게 적층되어 상기 액티브 매트릭스(61)에 내장된 상기 트랜지스터로부터 발생한 화상 신호가 인가되는 하부전극(69), ⅱ) 상기 하부전극(69)의 상부에 적층되어 전계에 의하여 변형을 일으키는 변형층(73), ⅲ) 상기 하부전극(69)과 상기 변형층(73) 사이에 적층되어 상기 변형층(73) 내의 누설 전류를 방지하는 절연층(71) 및 ⅳ) 상기 변형층(73)의 상부에 적층되어 바이어스 전압이 인가되는 상부전극(75)을 갖는 액츄에이터(77)를 포함하는 박막형 광로 조절 장치.
제1항에 있어서, 상기 액티브 매트릭스(61)는 i) 상기 액티브 매트릭스(61) 및 상기 패드(62)의 상부에 적층되어 상기 액티브 매트릭스(61)를 보호하는 보호층(63), 상기 보호층(63)의 상부에 적층되어 광전류를 차단하는 광전류 차단층(64), 상기 광전류 차단층(64)의 상부에 적층되어 상기 액티브 매트릭스(61)가 식각되는 것을 방지하는 식각 방지층(65), 그리고 상기 식각 방지층(65)으로부터, 상기 광전류 차단층(64) 및 상기 보호층(63)을 통하여 상기 패드(62)까지 수직하게 형성되어 상기 패드(62)로부터 상기 하부전극(69)에 화상 신호를 전달하는 플러그(67)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
(정정) 제1항에 있어서, 상기 절연층(71)이 10¹²Ω이상의 비저항을 갖는 물질로 구성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
(정정) 제1항에 있어서, 상기 절연층(71)은 500∼2000Å의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
(정정) 제3항에 있어서, 상기 절연층(71)은 SiO₂, 또는 Al₂O₃로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
M×N개의 트랜지스터가 내장되고, 일측 상부에 패드가 형성된 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극의 상부에 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층의 상부에 변형층을 형성하는 단계; 상기 변형층의 상부에 상부전극을 형성하는 단계; 그리고 상기 하부전극, 상기 절연층, 상기 변형층 및 상기 상부전극을 패터닝하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 하부전극을 형성하는 단계는, i) 상기 액티브 매트릭스 및 상기 패드의 상부에 보호층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 보호층의 상부에 광전류 차단층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 광전류 차단층의 상부에 식각 방지층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 식각 방지층의 상부에 포토 레지스트를 도포한 후, 상기 식각 방지층, 상기 광전류 차단층 및 상기 보호층을 차례로 식각하여 상기 식각 방지층으로부터 상기 패드까지 수직하게 플러그를 형성하는 단졔 및 v) 상기 식각 방지층의 상부에 희생층을 형성한 후, 상기 희생층을 식각하여 상기 식각 방지층 중 아래에 상기 패드가 형성된 부분을 노출시키는 단계 후에 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 절연층을 형성하는 단계는 스퍼터링 방법, 또는 화학기상 증착(CVD) 방법을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.