KR100258109B1 - 박막형 광로조절장치의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 다결정 실리콘으로 형성된 희생층을 XeF2가스로 제거하여 에어갭을 형성한다. 종래의 박막형 광로조절장치에서 희생층은 인의 농도가 높은 인실리케이트유리로 형성한 후 불산가스로 제거하였으므로, 강산인 불산가스에 의해 구동기판의 하부가 손상되는 것을 방지하기 위하여 별도의 식각 방지층을 형성하였다. 그러나, 식각 방지층은 고온 공정에 의해 형성되므로 구동기판에 내장된 트랜지스터가 고온에 의해 손상되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명의 박막형 광로조절장치는 희생층을 불산가스가 아닌 XeF2가스로 제거하므로 상부전극과 변형층이 손상되지 않으며, 별도의 식각 방지층을 형성할 필요가 없으므로 제조 공정이 단순해진다.

Description

박막형 광로조절장치의 제조방법
본 발명은 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 희생층을 제거할 때 기형성된 다른 층들을 손상시키지 않으며 구동기판에 내장된 트랜지스터를 손상시키지 않는 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 광학 에너지(optical energy)를 스크린상에 투영하기 위한 장치인 공간적인 광 모듈레이터(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리 및 정보 디스플레이 장치등에 다양하게 응용될 수 있다. 이러한 장치들은 광원으로부터 입사되는 광속을 스크린에 투영하는 방법에 따라서 직시형 화상표시장치와 투사형 화상표시장치로 구분된다. 직시형 화상표시장치로는 CRT(Cathod Ray Tube)등이 있으며, 투사형 화상표시장치로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display:이하 'LCD'라 칭함), DMD(Deformable Mirror Device), 또는 AMA(Actuated Mirror Arrays)등이 있다.
상술한 CRT장치는 평균 100ft-L(백색 표시) 이상인 휘도, 30:1 이상인 콘트라스트비, 1만시간 이상의 수명등이 보증된 우수한 표시장치이다. 그러나, CRT는 중량 및 용적이 크고 높은 기계적인 강도를 유지하기 때문에 화면을 완전한 평면으로 하기가 곤란하여 주변부가 왜곡되는 문제점이 있었다. 또한, CRT는 전자빔으로 형광체를 여기해서 발광시키므로 화상을 만들기 위해 고전압을 필요로 하는 문제점이 있었다.
따라서, 상술한 CRT의 문제점을 해결하기 위해 LCD가 개발되었다. 이러한 LCD의 장점을 CRT와 비교하여 설명하면 다음과 같다. LCD는 저전압에서 동작하며, 소비 전력이 작고, 변형없는 화상을 제공한다.
그러나, 상술한 장점들에도 불구하고 LCD는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 낮은 광효율을 가지며, 그 내부의 액정물질의 응답속도가 느린 문제점이 있었다.
이에 따라, 상술바와 같은 LCD의 문제점들을 해결하기 위하여 DMD, 또는 AMA등의 장치가 개발되었다. 현재, DMD가 약 5%정도의 광효율을 가지는 것에 비하여 AMA는 10%이상의 광효율을 얻을 수 있다. 또한, AMA는 입사되는 광속의 극성에 의해 영향을 받지 않을 뿐만아니라 광속의 극성에 영향을 끼치지 않는다.
통상적으로, AMA 내부에 형성된 각각의 액츄에이터들은 인가되는 화상신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 이 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 액츄에이터의 상부에 장착된 각각의 거울들은 전계의 크기에 비례하여 경사지게 된다.
따라서, 이 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터의 구성재료로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3)등의 압전 세라믹이 이용된다. 또한, 이 액츄에이터의 구성 재료로 PMN(Pb(Mg, Nb)O3)등의 전왜 세라믹을 이용할 수 있다.
상술한 AMA는 벌크(bulk)형과 박막(thin film)형으로 구분된다. 현재 AMA는 박막형 광로조절장치가 주종을 이루는 추세이다.
도 1은 종래의 박막형 광로조절장치의 평면도이다.
도 1을 참조하면, 멤브레인(70)의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 멤브레인(70)의 타측은 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 갖는다. 그러므로, 멤브레인(70)의 오목한 부분에는 인접한 멤브레인의 사각형 형상의 돌출부가 끼워지고, 사각형 형상의 돌출부는 인접한 멤브레인의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A-A'선으로 자른 단면도이다.
도 2를 참조하면, 박막형 광로조절장치는 일측 상부에 드레인 패드(drain:20)가 형성된 구동기판(10)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(140)를 포함한다.
구동기판(10)의 내부에는 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스(matrix) 형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(10)은 드레인 패드(20)의 상부에 형성된 보호층(30)과 식각 방지층(40)을 포함한다.
액츄에이터(140)는 식각 방지층(40)중 그 하부에 드레인 패드(20)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(air gap:60)을 개재하여 식각 방지층(40)과 평행하도록 형성된 멤브레인(membrane:70), 멤브레인(70)의 상부에 형성된 하부전극(80), 하부전극(80)의 상부에 형성된 변형층(90), 변형층(90)의 상부에 형성된 상부전극(100), 상부전극(100)의 소정 부분에 형성된 스트라이프(110), 변형층(90)의 타측으로부터 하부전극(80), 멤브레인(70), 식각 방지층(40), 보호층(30)을 통하여 드레인 패드(20)까지 수직하게 형성된 배전홀(120), 그리고 배전홀(120)내에 하부전극(80)과 드레인 패드(20)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 배전체(130)를 포함한다.
이하, 상술한 박막형 광로조절장치의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 3a 내지 도 3d에 있어서, 도 2와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 3a를 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스(matrix) 형태로 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(20)가 형성된 구동기판(10)의 상부에 인실리케이트유리(Phospho-Silicate Glass:PSG)로 구성된 보호층(30)이 형성된다.
보호층(30)은 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 1.0 ∼ 2.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 보호층(30)은 후속하는 공정 동안 구동기판(10)을 보호한다.
식각 방지층(40)은 보호층(30)의 상부에 질화 실리콘(Si3N4)으로 형성된다. 식각 방지층(40)은 저압 화학기상증착(Low Pressure CVD : LPCVD)방법으로 1000∼2000Å 정도의 두께로 형성된다. 식각 방지층(40)은 후속하는 식각공정동안 보호층(30) 및 그 하부가 손상되는 것을 방지한다.
희생층(50)은 식각 방지층(40)의 상부에 형성된다. 희생층(50)은 인(P)의 농도가 높은 인실리케이트유리를 대기압 화학기상증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법으로 1.0 ∼ 2.0㎛ 정도의 두께로 형성된다. 이때, 희생층(50)은 트랜지스터가 내장된 구동기판(10)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(50)의 표면은 스핀온글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 이용하는 방법으로 평탄화된다. 이어서, 희생층(50)중 그 하부에 드레인 패드(20)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 식각 방지층(40)의 일부를 노출시킨다.
도 3b를 참조하면, 멤브레인 물질층(70')은 노출된 식각 방지층(40)의 상부 및 희생층(50)의 상부에 적층된다. 멤브레인 물질층(70')은 질화 실리콘을 저압 화학기상증착방법으로 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다.
하부전극 물질층(80')은 멤브레인 물질층(70') 상부에 백금/탄탈륨(Pt/Ta)등의 전기 도전성이 우수한 물질로 형성된다. 하부전극 물질층(80')은 스퍼터링 방법으로 500 ∼ 2000Å 정도의 두께로 형성된다.
도 3c를 참조하면, 변형 물질층(90')은 하부전극 물질층(80')의 상부에 압전물질인 PZT 또는 PLZT로 형성된다. 변형 물질층(90')은 졸-겔(Sol-Gel)법으로 0.1 ∼ 1.0㎛ 두께를 갖도록 형성된다. 이어서, 변형 물질층(90)은 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA)방법에 의해 상변이된다.
상부전극 물질층(100')은 변형층(90)의 상부에 형성된다. 상부전극 물질층(100')은 알루미늄 등의 전기 도전성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법으로 500 ∼ 2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성된다.
이어서, 상부전극 물질층(100')을 각 화소별로 패터닝하여 상부전극(100)을 형성한다. 이와 동시에, 상부전극(100)의 중앙부에 스트라이프(110)를 형성한다. 스트라이프(110)는 상부전극(100)을 균일하게 작동시켜 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지한다.
도 3d를 참조하면, 변형 물질층(90'), 하부전극 물질층(80')과 멤브레인 물질층(70')을 순차적으로 화소별로 패터닝하여 변형층(90), 하부전극(80)과 멤브레인(70)을 형성한다. 다음, 변형층(90)의 타측 상부로부터 드레인 패드(20)의 상부까지 변형층(90), 하부전극(80), 멤브레인(70), 식각 방지층(40) 및 보호층(30)을 순차적으로 식각하여 변형층(90)으로부터 드레인 패드(20)까지 수직하게 배전홀(120)을 형성한다.
계속하여, 배전홀(120)의 내부를 텅스텐, 백금 또는 티타늄등의 금속으로 채워 배전체(130)를 형성한다. 배전체(130)는 스퍼터링 방법으로 형성되며 드레인 패드(20)와 하부전극(80)을 전기적으로 연결한다. 따라서, 배전체(130)는 배전홀(120)내에서 하부전극(80)으로부터 드레인 패드(20)의 상부까지 수직하게 형성된다. 마지막으로, 희생층(50)을 불산(HF) 가스로 제거하여 에어갭(60)을 형성한다.
상술한 바와 같이, 종래의 박막형 광로조절장치는 희생층을 불산가스로 제거하였는데, 불산가스는 산성이 강하므로 상부전극과 변형층을 손상시키며 별도의 식각 방지층 형성과 식각 방지층으로 쓰이는 저압 화학기상증착(LPCVD)-질화 실리콘은 800℃정도의 고온공정으로 형성해야 하므로 구동기판상의 트랜지스터가 손상되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 희생층을 다결정 실리콘으로 형성한 후 XeF2가스로 제거하므로 상부전극과 변형층을 손상시키지 않고 식각 방지층을 별도로 형성하지 않아 구동기판에 내장된 트랜지스터를 손상시키지 않는 박막형 광로조절장치의 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스(matrix) 형태로 내장되고 일측 상부에 드레인 패드를 포함하는 구동기판을 제공하는 단계와; 구동기판의 상부에 보호층을 형성하는 단계와; 보호층의 상부에 다결정 실리콘으로 희생층을 형성하는 단계와; 희생층중 하부에 드레인 패드가 형성되어 있는 부분을 식각하여 보호층의 일부를 노출시키는 단계와; 노출된 보호층의 상부 및 희생층의 상부에 멤브레인 물질층을 형성하는 단계와; 멤브레인 물질층의 상부에 하부전극 물질층을 형성하는 단계와; 하부전극 물질층의 상부에 변형 물질층을 형성하는 단계와; 변형 물질층의 상부에 상부전극 물질층을 형성하는 단계와; 상부전극 물질층을 화소별로 패터닝하여 상부전극을 형성하는 단계와; 변형 물질층, 하부전극 물질층과 멤브레인 물질층을 화소별로 패터닝하여 변형층, 하부전극과 멤브레인을 형성하는 단계와; 희생층을 XeF2가스로 제거하여 에어갭을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상술한 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1은 종래의 박막형 광로조절장치의 평면도,
도 2는 도 1의 장치를 A-A' 선으로 자른 단면도,
도 3a 내지 도 3d는 도 2에 도시된 장치의 제조 공정도,
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 단면도,
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
510 : 구동기판 520 : 드레인 패드 530 : 보호층
540 : 희생층 550 : 에어갭 560 : 멤브레인
570 : 하부전극 580 : 변형층 590 : 상부전극
600 : 스트라이프 610 : 배전홀 620 : 배전체
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치를 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 박막형 광로조절장치는 일측 상부에 드레인 패드(520)가 형성된 구동기판(510)과 그 상부에 형성된 액츄에이터(640)를 포함한다.
구동기판(510)의 내부에는 M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 매트릭스 형태로 내장되어 있다. 또한, 구동기판(510)은 그 상부 및 드레인 패드(520)의 상부에 형성된 보호층(530)을 포함한다.
액츄에이터(630)는 보호층(530)중 그 하부에 드레인 패드(520)가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어갭(550)을 개재하여 보호층(530)과 평행하도록 형성된 멤브레인(560), 멤브레인(560)의 상부에 형성된 하부전극(570), 하부전극(570)의 상부에 형성된 변형층(580), 변형층(580)의 상부에 형성된 상부전극(590), 상부전극(590)의 소정 부분을 패터닝하여 형성된 스트라이프(600), 변형층(580)의 타측으로부터 하부전극(570), 멤브레인(560), 보호층(530)을 통하여 드레인 패드(520)까지 수직하게 형성된 배전홀(610), 그리고 배전홀(610)내에 하부전극(570)과 드레인 패드(520)가 서로 전기적으로 연결되도록 형성된 배전체(620)를 포함한다.
이하, 상술한 박막형 광로조절장치의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5d는 도 4에 도시한 장치의 제조 공정도이다. 도 5a 내지 도 5d에 있어서, 도 4와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 5a를 참조하면, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스(matrix) 형태로 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(520)가 형성된 구동기판(510)의 상부에 인실리케이트유리로 보호층(530)을 형성한다.
보호층(530)은 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 1.0 ∼ 2.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 보호층(530)은 후속하는 공정 동안 구동기판(510)을 보호한다.
희생층(540)은 보호층(530)의 상부에 형성된다. 희생층(540)은 다결정 실리콘으로 형성된다. 희생층(540)은 화학기상증착 방법으로 1.0 ∼ 2.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다. 그리고, 희생층(540)은 트랜지스터가 내장된 구동기판(510)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(540)의 표면은 스핀온글래스(Spin On Glass:SOG)를 사용하는 방법 또는 CMP(Chemical Mechanical Polishing)를 이용하는 방법으로 평탄화된다. 이어서, 희생층(540)중 그 하부에 드레인 패드(520)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 보호층(530)의 일부를 노출시킨다.
도 5b를 참조하면, 멤브레인 물질층(560')은 노출된 보호층(530)의 상부 및 희생층(540)의 상부에 형성된다. 멤브레인 물질층(560')은 질화 실리콘을 저압 화학 기상증착 방법으로 0.1 ∼ 1.0㎛ 정도의 두께를 갖도록 형성된다.
하부전극 물질층(570')은 멤브레인 물질층(560') 상부에 백금/탄탈륨(Pt/Ta) 등의 전기 도전성 물질로 형성된다. 하부전극 물질층(570')은 스퍼터링 방법으로 500 ∼ 2000Å 정도의 두께로 형성된다.
도 5c를 참조하면, 변형 물질층(580')은 하부전극 물질층(570')의 상부에 압전물질인 PZT 또는 PLZT로 형성된다. 변형 물질층(580')은 졸-겔(Sol-Gel)법으로 0.1 ∼ 1.0㎛ 두께를 갖도록 형성된다. 이어서, 변형 물질층(580')은 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법으로 상변이된다.
상부전극 물질층(590')은 변형물질층(580')의 상부에 형성된다. 상부전극 물질층(590')은 알루미늄 등의 전기 도전성과 반사특성이 우수한 물질을 스퍼터링 방법에 의해 500 ∼ 2000Å 정도의 두께를 갖도록 형성된다.
이어서, 상부전극 물질층(590')을 화소별로 패터닝하여 상부전극(590)을 형성한다. 이때, 변형 물질층(580')의 일부가 외부로 노출된다. 이어서, 상부전극(590)의 중앙부를 패터닝하여 스트라이프(600)를 형성한다. 스트라이프(600)는 상부전극(590)을 균일하게 작동시켜 입사되는 광속이 난반사되는 것을 방지한다.
도 5d를 참조하면, 상부전극(590)이 화소별로 패터닝된 후, 변형 물질층(580'), 하부전극 물질층(570')과 멤브레인 물질층(560')을 화소별로 패터닝하여 변형층(580), 하부전극(570)과 멤브레인(560)을 형성한다. 이때, 희생층(540)의 일부가 노출된다. 계속하여, 변형층(580)의 타측 상부로부터 드레인 패드(520)의 상부까지 변형층(580), 하부전극(570), 멤브레인(560) 및 보호층(530)을 순차적으로 식각하여 변형층(580)로부터 드레인 패드(520)까지 수직하게 배전홀(610)을 형성한다.
이어서, 배전홀(610)의 내부에 텅스텐, 백금 또는 티타늄등의 금속을 채워 배전체(620)를 형성한다. 배전체(620)는 스퍼터링 방법으로 형성되어, 드레인 패드(520)와 하부전극(570)을 전기적으로 연결한다.
마지막으로, 다결정 실리콘으로 형성된 희생층(540)을 XeF2가스로 제거하여 에어갭(550)을 형성한다. 종래의 박막형 광로조절장치에서 희생층은 인(P)의 농도가 높은 인실리케이트유리로 형성한 후 불산(HF)가스로 제거하였다. 이때, 불산가스는 산성이 강하므로 상부전극과 변형층을 손상시켰다. 또한, 불산 가스에 의해 구동기판의 하부가 손상되는 것을 방지하기 위하여 별도의 식각 방지층을 형성하였다. 그러나, 식각 방지층은 고온공정이 수반되므로 구동기판에 내장된 트랜지스터가 고온에 의해 손상되었다. 그러나, 본 발명의 박막형 광로조절장치는 희생층(540)을 다결정 실리콘으로 형성한 후 XeF2가스로 제거하므로 상부전극(590)과 변형층(580)이 손상되지 않으며, 별도의 식각 방지층을 형성할 필요가 없으므로 제조 공정이 단순해진다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치는 희생층을 제거할 때 상부전극과 변형층이 손상되지 않으며 별도의 식각 방지층을 형성하지 않아도 희생층 제거시 구동기판의 손상이 없으므로 식각 방지층을 형성하기 위한 고온 공정중 구동기판에 내장된 트랜지스터가 손상되지 않는 효과가 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

  1. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스(matrix) 형태로 내장되고 일측 상부에 드레인 패드(520)를 포함하는 구동기판(510)을 제공하는 단계와;
    상기 구동기판(510)의 상부에 보호층(530)을 형성하는 단계와;
    상기 보호층(530)의 상부에 다결정 실리콘으로 희생층(540)을 형성하는 단계와;
    상기 희생층(540)중 하부에 상기 드레인 패드(520)가 형성되어 있는 부분을 식각하여 상기 보호층(530)의 일부를 노출시키는 단계와;
    상기 노출된 보호층(530)의 상부 및 상기 희생층(550)의 상부에 멤브레인 물질층(560')을 형성하는 단계와;
    상기 멤브레인 물질층(560')의 상부에 하부전극 물질층(570')을 형성하는 단계와;
    상기 하부전극 물질층(570')의 상부에 변형 물질층(580')을 형성하는 단계와;
    상기 변형 물질층(580')의 상부에 상부전극 물질층(590')을 형성하는 단계와;
    상기 상부전극 물질층(590')을 화소별로 패터닝하여 상부전극(590)을 형성하는 단계와;
    상기 변형 물질층(580'), 상기 하부전극 물질층(570')과 상기 멤브레인 물질층(560')을 화소별로 패터닝하여 변형층(580), 하부전극(570)과 멤브레인(560)을 형성하는 단계와;
    상기 희생층(540)을 XeF2가스로 제거하여 에어갭(550)을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
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