KR19980023302A - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 희생층 형성공정 후 산화보호막을 형성하여 희생층의 안정성과 접착력을 향상시키기 위한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 매트릭스 형태로 형성된 능동 소자, 패시베이션층 및 식각 스톱층을 구비한 구동 기판과 상기 구동 기판의 상부에 소정 두께의 절연물질을 적층하여 희생층을 형성하는 공정을 포함하여 복수개의 층을 캔틸레버 구조로 액츄에이터를 형성하는 공정을 구비한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 희생층을 형성하는 공정 후 상기 희생층상에 산화보호막을 플라즈마CVD방법으로 형성하는 공정을 구비함으로써 희생층을 미세패턴형성공정으로 패터닝시 상기 수분에 민감한 PSG 재질로 이루어진 희생층이 공기중의 수분과 반응을 일으키지 못하도록 하여 희생층의 손상을 방지함은 물론 희생층과 감광막의 접착력을 향상시켜 박막형 광로조절장치의 공정수율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있는 유용한 것이다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 제조 방법
본 발명은 투사형 화상 표시 장치에 사용되는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 희생층 형성공정 후 산화보호막을 형성하여 희생층의 안정성과 접착력을 향상시키기 위한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 화상 표시 장치는 표시 방법에 따라, 직시형 화상 표시 장치와 투사형 화상 표시 장치로 구분된다.
직시형 화상표시장치는 CRT(Cathode Ray Tube)등이 있는데, 이러한 CRT 화상 표시 장치는 화질은 좋으나 화면이 커짐에 따라 중량 및 두께의 증대와, 가격이 비싸지는 등의 문제점이 있어 대화면을 구비하는데 한계가 있다.
투사형 화상표시장치는 대화면 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 LCD라 칭함)등이 있는데, 이러한 대화면 LCD는 박형화가 가능하여 중량을 작게 할 수 있다. 그러나, 이러한 LCD는 편광판에 의한 광의 손실이 크고 LCD를 구동하기 위한 박막 트랜지스터가 화소 마다 형성되어 있어 개구율(광의 투과면적)을 높이는데 한계가 있으므로 광의 효율이 매우 낮다.
한편, 액츄에이티드 미러 어레이 (Actuated Mirror Arrays : 이하 AMA라 칭함)를 이용한 투사형 화상표시장치는 광원에서 발광된 백색광을 적색, 녹색 및 청색의 광으로 분리한 후, 이 광을 액츄에이터들로 이루어진 광로 조절 장치의 구동에 의해 광로를 변경 시키는 것에 의해 광의 양을 조절하여 화면으로 투사시킴으로써 화상을 나타나게 한다. 즉, 장방형으로 실장된 각각의 액츄에이터들이 입력되는 전기적 신호에 따라 개별적으로 구동되어 거울면을 기울어지게 하여 광의 양을 조절하게 된다.
이와같은 액츄에이터는 압전 또는 전왜세라믹으로 이루어진 변형부가 인가되는 전압에 의해 전계를 발생시켜 변형되는 것을 이용하여 거울을 기울게 한다.
AMA는 구동방식에 따라 1차원 AMA와 2차원 AMA로 구별된다. 1차원 AMA는 거울들이 M × 1 어레이로 배열되고, 2차원 AMA는 거울 들이 M × N 어레이로 배열되어 있다.
따라서, 1차원 AMA를 이용한 투사형 화상 표시 장치는 주사거울을 이용하여 M × 1 개 광속들을 선주사시키고, 2차원 AMA를 이용하는 투사형 화상 표시 장치는 M × N 개의 광속들을 투사시켜 화상을 나타내게 된다.
또한, 액츄에이터는 변형부의 형태에 따라 벌크형(Bulk Type)과 박막형(Thin Film Type)으로 구분된다.
상기 벌크형은 다층 세라믹을 얇게 잘라 내부에 금속전극이 형성된 세라믹 웨이퍼(Ceramic Wafer)를 구동기판에 실장한 후 쏘잉(Sawing)등으로 가공하고 거울을 실장한다.
그러나, 벌크형 액츄에이터는 액츄에이터들을 쏘잉에 의해 분리하여야 하므로 긴 공정시간이 필요하며, 변형부의 응답 속도가 느린 문제점이 있었다. 따라서, 반도체 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형의 액츄에이터가 개발되었다.
이와같은 반도체 공정을 이용한 종래의 일반적인 박막형 광로조절장치가 도 1에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 종래의 박막형 광로 조절 장치는 능동 소자(도면상 생략됨)가 매트릭스 형태로 형성된 실리콘 기판(110), 능동 소자가 외부로부터 물리적, 화학적 손상을 입는 것을 방지하기 위해 실리콘 기판(110)상에 형성된 패시베이션층(120) 및 상기 패시베이션층(110)이 이후의 식각 공정에 의해 손상되는 것을 방지하기 위해 상기 패시베이션층(120)상에 형성된 식각 스톱층(130)을 구비한 구동 기판(100)을 포함한다.
또한, 상기 구동기판(100)상에 멤브레인(210), 하부 전극(220), 변형부(230) 그리고 상부전극(235) 이 소정 형상으로 적층되어 캔틸레버 구조를 갖는 액츄에이터(200)를 포함하여 박막형 광로조절장치가 형성된다.
한편, 도 1을 참조하여 일반적인 광로 조절 장치의 제조 공정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 반도체 집적 회로 제조 공정에 의하여 MOS와 같은 트랜지스터로 이루어진 복수개의 능동 소자(도시 생략된)가 매트릭스 구조로 형성된 실리콘 기판(110)상에는 이 후에 수행되는 증착 공정의 고온 분위기 하에서 상기 복수개의 능동 소자가 외부로부터 화학적 또는 물리적 손상을 받는 것을 방지시키기 위하여 고온에서 양호한 유동 특성을 나타내는 인이 함유된 실리콘 산화물(PSG; Phospho Silicate Glass) 또는 BPSG(Boro Phospho Silicate Glass) 재질의 패시베이션층(120)을 증착 공정에 의하여 형성시킨다.
한편, 상기 패시베이션(120)상에 불산(HF) 용액에 대한 내식성이 양호한 실리콘 질화물(Si3N4) 조성으로 이루어진 식각 스톱층(130)을 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시킨다.
상기 식각 스톱층(130)은 상기 패시베이션층(120)이 액츄에이터(200)를 캔틸레버 구조로 형성시키기 위한 식각 공정에 의해서 식각 용액 예를 들면 불산(HF) 용액에 노출되어 화학적 손상을 입는 것을 방지한다.
한편, 상기 스톱층(130)상에 PSG 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층(공정상 제거되어 도면에 미도시됨; Sacrificial Layer)을 스핀 온 코팅 공정(Spin-on Coating)과 같은 물리기상증착공정(PVD:Phisical Vapour Deposition) 또는 화학기상증착공정 (CVD:Chemical Vapour Deposition)에 의하여 소정두께로 적층시킨 후 미세패턴형성공정에 의하여 상기 희생층(도면상 미도시됨)을 소정 선폭 크기의 패턴을 구비한 소정 형상으로 형성시킨다.
상기된 바와 같은 희생층(도면상 미도시됨)의 패턴을 통하여 노출된 상기 식각 스톱층(130)상에 절연 특성이 양호할 뿐만 아니라 불산(HF) 용액과 같은 식각 용액에 대한 내성이 양호한 금속 또는 실리콘 질화물(SiNx)로 이루어진 멤브레인(210)을 화학 기상 증착 공정(CVD)에 의하여 소정 두께로 증착 시킨 후 콘택홀 형성 공정에 의하여 구동 기판(100)의 능동 소자(도시 생략된)와 전기적으로 연결된 메탈 패드(105)를 노출시킨다.
상기 멤브레인(210)에서부터 메탈 패드(105)까지 관통된 비아홀에 도전성을 갖는 백금(Pt), 티타늄(Ti), 또는 탄탈륨(Ta)과 갖은 금속을 리프트 오프(Lift-Off)공정으로 장착하여 플러그 메탈(205)을 형성한 후 멤브레인(210)상에 백금(Pt) 또는 탈탄륨(Ta)과 같이 양호한 도전 특성을 나타내는 도전성 금속을 진공증착공정에 의하여 소정 두께로 적층시켜서 하부 전극(220)을 형성시킨다.
상기 하부 전극(220)은 멤브레인(210)으로부터 구동 기판(100)의 메탈 패드(105)까지 연결된 플러그 메탈(205)을 통해 구동 기판(100)의 능동 소자와 전기적으로 연결되어 신호 전극의 기능을 갖는다.
한편, 상기 하부 전극(220)의 일부를 반응성 이온 식각 공정(R.I.E.)으로 제거하여 하부 전극(220)에 유입되는 전기적 신호를 화소 단위로 분리시키기 위한 이소 컷팅부(I.C.)를 형성시킨다.
이후, 상기 이소 컷팅부(도시 생략된)를 통하여 노출되는 상기 멤브레인(210)의 일부 및 상기 하부 전극(220)상에 압전 특성을 나타내는 세라믹 재료를 증착 공정에 의하여 소정 두께로 적층시켜서 변형부(230)를 형성시킨다.
상기 변형부(230)를 구성하는 세라믹 재료는 BaTiO3, Pb(Zr,Ti)O3, (Pb,La)(Zr,Ti)O3조성의 압전 세라믹 또는 Pb(Mg,Nb)O3조성의 전왜 세라믹으로 이루어져 있고 상기 증착 공정은 스퍼터링 증착 공정 또는 화학 기상 증착 공정 또는 졸-겔 공정에 의하여 형성된다.
상기 변형부(230)상에 물리 기상 증착 공정(PVD)에 의하여 전기 전도도 특성이 양호할 뿐만 아니라 반사 특성이 양호한 알루미늄(Al) 또는 백금(Pt) 및 티타늄(Ti)과 같은 금속으로 이루어진 상부전극(235) 을 소정 두께로 형성시켜 액츄에이터(200)의 구동부를 틸팅시키기 위한 공통 전극으로 작용할 뿐만 아니라 반사 특성을 갖는 반사면으로 작용하도록 한다.
또한, 상기 액츄에이터(200)를 소정 형상으로 형성시키기 위해 상기 복수개의 층들의 일부를 식각 공정으로 패터닝하여 상기 희생층(도면상 미도시됨)의 일부가 노출되도록 한 후 보호막(도면상 미도시됨)을 형성시킨다.
상기 보호막(도면상 미도시됨)은 상기 희생층(도면상 미도시됨)을 습식 식각(Wet Etch) 공정에 의하여 제거할 때 상기 액츄에이터(200)의 측면이 상기 식각 용액에 노출되어서 각 층들이 박리되는 것을 방지시키기 위한 것으로 불산(HF) 용액에 대한 내식성이 양호한 폴리머(Polymer)로 이루어진다.
이후, 상기 희생층(도면상 미도시됨)은 등방성 식각 특성이 양호하게 나타나는 식각 공정에 의하여 제거되어 캔틸레버 구조를 갖는 액츄에이터가 형성된다.
한편, 이온 밀링(Ion Milling) 공정에 의하여 상기 액츄에이터(200)의 상부전극(235) 상에 소정 두께로 잔존하는 상기 보호막을 부분적으로 제거하여 상기 상부전극(235) 을 노출시켜 액츄에이터(200)의 반사면으로 작동할 수 있게 한다.
상기와 같은 제조방법으로 이루어지는 액츄에이터(200)는 외부의 제어 시스템으로부터 구동 기판(100)에 내장되어 있는 능동 소자를 통하여 상기 액츄에이터(200)의 상부전극(235) 에 전기적 신호가 인가되면 상기 하부 전극(220)과 상기 상부전극(235) 사이에 소정 크기의 전위차가 발생되고 이러한 전위차 발생에 의해 상기 변형부(230)는 압전 변형을 나타내며 이에 의하여 복수개의 액츄에이터(200)가 개별적으로 구동하게 된다.
즉, 반사면으로 작용하는 상기 상부전극(235) 의 표면으로 입사된 광원의 백색광은 상기 액츄에이터(200)의 구동에 의하여 변경된 광로를 따라 반사되어서 도시되어 있지 않은 스크린상에 화상을 표시하게 된다.
그러나 이와같은 종래의 박막형 광로조절장치의 제조방법에 있어서, 희생층(도면상 미도시됨)을 미세패턴형성공정으로 패터닝시 상기 희생층(도면상 미도시됨)이 수분에 민감하여 공기중의 수분과 반응을 일으켜 인산이 생성되어 희생층(도면상 미도시됨)을 손상시키거나 감광막과의 접착력을 약화시켜 공정 수율을 저하시키는 문제점이 있었다.
즉, 12% 인이 도핑된 PSG로 이루어진 희생층(도면상 미도시됨)은 하기와 같은 화학 반응기구에 의해 희생층(도면상 미도시됨)의 인 성분과 공기중의 수분이 반응을 일으켜 인산을 발생시키며, 상기 인산은 강산성 물질로서 PSG막질을 손상시키게 된다.
3H2O + P2O5-- 2H3PO4
따라서 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 극복하기 위한 것으로, 희생층을 미세패턴형성공정으로 패터닝시 상기 수분에 민감한 PSG 재질로 이루어진 희생층이 공기중의 수분과 반응을 일으키지 못하도록 희생막 형성 후 즉시 산화보호막을 형성시키는 공정을 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법을 제공하는데 본 발명의 목적이 있다.
이와같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은 매트릭스 형태로 형성된 능동 소자, 패시베이션층 및 식각 스톱층을 구비한 구동 기판과 상기 구동 기판의 상부에 소정 두께의 절연물질을 적층하여 희생층을 형성하는 공정을 포함하여 복수개의 층을 캔틸레버 구조로 액츄에이터를 형성하는 공정을 구비한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 희생층을 형성하는 공정 후 상기 희생층상에 산화보호막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 산화보호막은 플라즈마CVD방법으로 증착되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 산화보호막은 사일렌과 질소를 원료가스로하여 500∼1000Å 두께의 SiO2로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 플라즈마CVD공정은 50∼500W의 고주파전원에 의해 10m∼1 Torr의 저압 하에서 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 구동기판의 온도는 100∼400℃로 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 실시예에 따르면 상기 사일렌의 농도는 50∼100sccm, 질소가스의 농도는 1000∼3500sccm을 유지하는 것이 바람직하다.
도 1은 종래의 박막형 광로 조절 장치의 단위 픽셀을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 단위 픽셀을 도시한 단면도.
도 3A 내지 3D는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 산화보호막 증착공정을 도시한 공정단면도.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 플라즈마CVD 장치를 보인 장치도.
도면의 주요부분에 대한 부호 설명
120; 패시베이션층130; 식각 스톱층
200; 액츄에이터105; 메탈 패드
205; 플러그 메탈210; 멤브레인
220; 하부 전극230; 변형부
235; 상부 전극240; 희생층
250; 산화보호막260; 감광막
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 단위 픽셀을 도시한 단면도이며, 도 3A 내지 3E는 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 산화보호막 증착공정을 도시한 공정단면도이다.
도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 매트릭스 형태로 형성된 능동 소자, 패시베이션층 및 식각 스톱층을 구비한 구동 기판과 상기 구동 기판의 상부에 소정 두께의 절연물질로 이루어진 희생층이 적층되며, 상기 희생층상에 산화보호막을 형성한 후 소정 형상을 갖도록 패터닝하여 메탈 패드 주변의 식각스톱층을 노출시키며, 상기 노출된 식각스톱층 및 산화보호막상에 멤브레인, 하부전극, 변형부 및 상부전극을 형성하고 희생층을 제거하여 캔틸레버 구조를 갖도록 한 것이다.
여기서 상기 산화보호막은 500∼1000Å 두께의 SiO2로 이루어져 PSG 재질로 이루어진 희생층을 보호하며 감광막과의 접착력을 향상시킨다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 산화보호막의 제조공정을 설명하면 다음과 같다.
도 3A를 참조하면, 능동소자 및 메탈 패드를 구비한 실리콘기판(110)상에 패시베이션층(120) 및 식각스톱층(130)이 순차적으로 적층된다.
상기 패시베이션층(120) 형성공정은 이 후에 수행되는 증착 공정의 고온 분위기 하에서 능동 소자가 화학적 또는 물리적 손상을 받는 것을 방지시키기 위한 것으로 능동 소자가 상호간에 전기적으로 도통되는 것을 방지시키기 위한 절연 특성을 나타낼 수 있을 뿐만 아니라 상기 능동 소자의 표면보호특성을 나타내는 인이 함유된 실리콘 산화물 또는 BPSG를 화학 기상 증착 공정(CVD)으로 이루어진다.
또한, 식각 스톱층(130) 형성공정은 상기 패시베이션층(120)상에 불산(HF) 용액에 대한 내식성이 양호한 실리콘 질화물(Si3N4)을 화학 기상 증착 공정(CVD) 특히 저압 화학기상증착공정(LPCVD) 또는 플라즈마 화학기상증착공정(PECVD)으로 이루어지며, 액츄에이터(200)를 캔틸레버 구조로 형성시키기 위한 식각 공정에 의해서 상기 패시베이션층(120)이 식각 용액 예를 들면 불산(HF) 용액에 노출되어 화학적 손상을 입는 것을 방지하는 기능을 갖는다.
도 3B를 참조하면, 희생층(240) 형성공정에 의해 상기 스톱층(130)상에 PSG 또는 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층(240)을 스핀 온 코팅 공정 등을 이용하여 통상적인 방법으로 소정두께를 갖도록 적층시킨다.
도 3C를 참조하면, 상기 희생층(240) 형성공정 후 최대한 빠른 시간안에 산화보호막(250) 형성공정으로 상기 희생층(240)상에 산화보호막(250)을 형성한다.
상기 산화보호막(250) 형성공정은 플라즈마CVD공정으로 사일렌(SiH4)과 질소를 원료가스로하여 500∼1000Å 두께의 SiO2를 증착시켜 이루어진다.
상기 플라즈마CVD공정은 도 4에 도시된 바와 같이, 사일렌과 질소로 이루어진 원료가스를 50∼500W의 고주파전원이 형성된 플라즈마CVD 장치로 유입하여 10m∼1 Torr의 저압 하에서 플라즈마화 하여 플라즈마상태의 원료가스가 해리되면서 발생되는 고 에너지를 이용하여 구동기판의 희생층상에 확산되면서 증착된다.
이때 상기 구동기판(100)의 온도는 100∼400℃로 유지하는 것이 바람직하며,상기 사일렌의 농도는 50∼100sccm, 질소가스의 농도는 1000∼3500sccm을 유지하는 것이 바람직하다.
이와같이 형성된 산화보호막(250)상에 감광막(260)을 도포한 후 미세패턴형성공정에 의해 도면 3D에 도시된 바와 같이, 희생층(240)이 소정의 형상을 갖도록 통상의 리소그래피 공정으로 메탈 패드(105)가 노출될 수 있도록 산화보호막(250) 및 희생층(240)을 패터닝 한다.
즉, 상기 산화보호막(250)은 PSG 재질로 이루어진 희생층(240)이 공기중의 수분과 반응을 일으켜 인상이 생성되는 것을 방지하여 희생층(240)이 손상되는 것을 억제하며, 희생층(240)과 감광막(260)의 접착력을 향상시키게 된다.
이하 상기 희생층(240)상에 멤브레인(210), 하부 전극(220), 변형부 (230) 및 상부전극(235)을 형성하기 위한 공정이 순차적으로 진행되는바 이는 통상적인 형성공정으로 실현가능하므로 상세한 설명은 생략한다.
이상, 상기 내용은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시예를 단지 예시한 것으로 본 발명의 당업자는 청구 범위에 기재된 본 발명의 요지를 변경시킴이 없이 본 발명에 대한 수정 및 변경을 가할 수 있다.
따라서 본 발명에 따르면 희생층을 미세패턴형성공정으로 패터닝시 상기 수분에 민감한 PSG 재질로 이루어진 희생층이 공기중의 수분과 반응을 일으키지 못하도록 희생막 형성 후 즉시 산화보호막을 형성함으로써 희생층의 손상을 방지함은 물론 희생층과 감광막의 접착력을 향상시켜 박막형 광로조절장치의 공정수율을 향상시키는 효과를 얻을 수 있는 유용한 것이다.

Claims (9)

  1. 매트릭스 형태로 형성된 능동 소자, 패시베이션층 및 식각 스톱층을 구비한 구동 기판과 상기 구동 기판의 상부에 소정 두께의 절연물질을 적층하여 희생층을 형성하는 공정을 포함하여 복수개의 층을 캔틸레버 구조로 액츄에이터를 형성하는 공정을 구비한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서,
    상기 희생층을 형성하는 공정 후 상기 희생층상에 산화보호막을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산화보호막은 플라즈마CVD방법으로 증착되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 산화보호막은 사일렌과 질소를 원료가스로하여 SiO2로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절 장치의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 사일렌의 농도는 50∼100sccm를 유지하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 질소가스의 농도는 100∼3500sccm을 유지하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 산화보호막의 두께는 500∼1000Å을 유지하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마CVD공정은 50∼500W의 고주파전원을 이용하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 플라즈마CVD공정은 10m∼1 Torr의 저압 하에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동기판의 온도는 100∼400℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
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