KR19980078592A - 박막형 광로 조절 장치의 희생층 형성 방법 - Google Patents

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KR19980078592A KR1019970016161A KR19970016161A KR19980078592A KR 19980078592 A KR19980078592 A KR 19980078592A KR 1019970016161 A KR1019970016161 A KR 1019970016161A KR 19970016161 A KR19970016161 A KR 19970016161A KR 19980078592 A KR19980078592 A KR 19980078592A
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손성용
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Abstract

박막형 광로 조절 장치의 희생층 형성 방법이 개시되어 있다. 상기 방법은, M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측에 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 제1 희생층 및 제2 희생층을 포함하는 희생층을 형성하는 단계, 그리고 상기 액티브 매트릭스 및 상기 제2 희생층의 상부에 지지층을 형성하는 단계, 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 하부 전극과 상기 드레인 패드를 연결하는 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법에 따르면, 식각 조절이 용이한 제1 희생층을 액츄에이터의 지지부가 형성될 부분에 형성하고 제2 희생층을 나머지 부분에 형성한 후, 상기 제1 희생층을 식각하여 제거함으로써, 액츄에이터의 지지부가 정확한 형상을 갖도록 패터닝할 수 있다. 따라서, 이후에 형성되는 박막들을 균일하게 적층할 수 있으므로 박막들간의 스트레스 분포를 균일하게 할 수 있으며, 그 결과 각 액츄에이터가 불균일한 초기 기울어짐을 갖는 문제점을 방지하고 광원으로부터 입사되는 광의 반사각을 일정하게 하여 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치의 희생층 형성 방법
본 발명은 박막형 광로 조절 장치인 AMA(Actuated Mirror Arrays)의 희생층 형성 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 액츄에이터의 지지부를 형성할 때, 희생층의 식각으로 인한 액츄에이터에 미치는 영향을 최소화함으로써 안정한 액츄에이터를 형성하여 액츄에이터의 초기 기울어짐(initial tilting)을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 희생층 형성 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 광을 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 광의 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 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 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장되고 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 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 형성된 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)을 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 분리하고 하부 전극(30)에 인가되는 신호의 단락을 위하여 상기 하부 전극층(29)을 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 포토 레지스트(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 바이어스 전류가 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 방법으로 패터닝하여 변형층(35) 및 하부 전극(30)을 형성한다. 하부 전극(30)에는 외부로부터 MOS 트랜지스터를 통하여 화상 신호 전류가 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, 비어 홀(43) 내에 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 화상 신호 전류는 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, 액티브 매트릭스(1)에 내장된 트랜지스터로부터 전달된 화상 신호 전류는 드레인 패드(5)와 비어 컨택(50)을 통하여 하부 전극(30)에 인가된다. 또한, 상부 전극(40)에는 바이어스 전류가 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 광은 소정의 각도로 휘어진 상부 전극(40)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 인(P)을 고농도로 포함하는 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 형성된 희생층은 액츄에이터의 지지부를 형성하기 위하여 패터닝된다. 이 때, 고농도의 인(약 12％ 정도)을 포함하는 인 실리케이트 유리는 식각 정도를 조절하기가 매우 까다로워서 희생층이 원하는 형상으로 패터닝되지 않는다. 따라서, 액츄에이터의 지지부가 부정확하게 패터닝되며 그 결과 액츄에이터의 지지부와 나머지 부분들간의 응력 분포가 불균일하게 되어 액츄에이터의 초기 기울어짐 현상이 발생하며, 이에 따라 광원으로부터 입사되는 광의 반사각이 일정하지 않게 되어 스크린에 투영되는 화상의 화질이 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 식각 조절이 용이한 제1 희생층을 형성한 후 이를 패터닝함으로써, 희생층의 식각으로 인한 액츄에이터에 미치는 영향을 최소화하고 안정한 액츄에이터를 형성하여 각 액츄에이터가 불균일한 초기 기울어짐을 갖는 문제점을 방지할 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 도 3d는 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 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100：액티브 매트릭스 105 : 제1 금속층
110：제1 보호층 115 : 제2 금속층
120：제2 보호층 125：식각 방지층
130：제1 희생층 135 : 제2 희생층
140：지지층 145：하부 전극
150：변형층 155：상부 전극
160：스트라이프 165：비어 홀
170：비어 컨택 175：에어 갭
200：액츄에이터
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측에 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계; 상기 액티브 매트릭스의 상부에 ⅰ) 제1 희생층을 형성한 후 패터닝하는 단계, ⅱ) 상기 패터닝된 제1 희생층의 상부 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 제2 희생층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 제1 희생층이 노출되도록 상기 제2 희생층을 연마하여 평탄화시키는 단계, 그리고 ⅳ) 상기 제1 희생층을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 희생층을 형성하는 단계; 그리고 상기 액티브 매트릭스 및 상기 제2 희생층의 상부에 지지층을 형성하는 단계, 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 하부 전극과 상기 드레인 패드를 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, 화상 신호 전류는 외부로부터 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상기 상부 전극에는 외부로부터 바이어스 전류가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 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.
따라서, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 식각 조절이 용이한 제1 희생층을 액츄에이터의 지지부가 형성될 부분에 형성하고 제2 희생층을 나머지 부분에 형성한 후, 상기 제1 희생층을 식각하여 제거함으로써, 액츄에이터의 지지부가 정확한 형상을 갖도록 패터닝할 수 있다. 따라서, 이후에 형성되는 박막들을 균일하게 적층할 수 있으므로, 박막들간의 스트레스 분포를 균일하게 할 수 있으며, 그 결과 액츄에이터의 초기 기울어짐을 방지하고 광원으로부터 입사되는 광의 반사각을 일정하게 하여 스크린에 투영되는 화상의 화질을 향상시킬 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 5는 도 4에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 박막형 광로 조절 장치는 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(200)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(100)는, 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 제1 금속층(first metal layer)(105), 제1 금속층(105)의 상부에 형성된 제1 보호층(110), 제1 보호층(110)의 상부에 형성된 제2 금속층(115), 제2 금속층(115)의 상부에 형성된 제2 보호층(120), 그리고 제2 보호층(120)의 상부에 형성된 식각 방지층(125)을 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 화상 신호 전류를 인가 받아 스위칭 동작을 수행하기 위한 MOS 트랜지스터가 내장되어 있다. 상기 제1 금속층(105)은 상기 화상 신호 전류를 전달하기 위하여 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 연장된 드레인 패드를 포함한다. 상기 제2 금속층(115)은 티타늄(Ti)으로 이루어진 제1층 및 질화티타늄(TiN)으로 이루어진 제2층을 포함한다.
상기 액츄에이터(200)는 일측이 상기 식각 방지층(125) 중 아래에 제1 금속층(105) 중 드레인 패드가 형성된 부분에 접촉되며 타측이 에어 갭(175)을 개재하여 식각 방지층(125)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(supporting layer)(140), 지지층(140)의 상부에 형성된 하부 전극(145), 하부 전극(145)의 상부에 형성된 변형층(150), 그리고 변형층(150)의 상부에 형성된 상부 전극(155)을 포함한다. 상기 지지층(140) 중 아래에 제1 금속층(105)의 드레인 패드가 형성된 부분에 접촉되는 부분의 일측에는 상기 변형층(150)의 일측으로부터 변형층(150), 하부 전극(145), 지지층(140), 식각 방지층(125), 제2 보호층(120) 및 제1 보호층(110)을 통하여 제1 금속층(105)의 드레인 패드까지 수직하게 비어 컨택(165)이 형성된다. 상기 상부 전극(155)의 일측에는 상부 전극(155)을 균일하게 작동시켜 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 광의 난반사를 방지하는 스트라이프(160)가 형성된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 상기 지지층(140)의 평면의 일측은 그 중앙부에 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 양쪽 가장자리로 갈수록 계단형으로 넓어지는 형상으로 형성된다. 상기 지지층(140)의 평면의 타측은 상기 오목한 부분에 대응하여 중앙부로 갈수록 계단형으로 좁아지는 사각형 형상의 돌출부를 가진다. 그러므로, 상기 지지층(140)의 오목한 부분에 인접한 액츄에이터의 지지층의 돌출된 부분이 끼워지고, 상기 사각형 형상의 돌출부가 인접한 액츄에이터의 지지층의 오목한 부분에 끼워지게 된다.
이하 상술한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6a 내지 도 6e는 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 6a 내지 도 6e에 있어서, 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 6a를 참조하면, 실리콘으로 구성되며 내부에 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 금속층(105)을 형성한다. 이어서, 제1 금속층(105)의 일부를 패터닝하여 아래의 MOS 트랜지스터의 게이트(gate) 부분을 노출시킨다. 따라서 제1 금속층(105)은 MOS 트랜지스터의 소오스 영역(source region) 및 드레인 영역(drain region)과 연결된다. 제1 금속층(105)은 텅스텐(W)으로 구성되며, 후에 형성되는 지지층(135)의 일측까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다.
상기 제1 금속층(105) 및 액티브 매트릭스(100)의 상부에는 제1 보호층(110)이 적층된다. 제1 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．8∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
상기 제1 보호층(110)의 상부에는 제2 금속층(115)이 적층된다. 제2 금속층(115)은 티타늄(Ti)으로 구성된 제1층 및 질화티타늄(TiN)으로 구성된 제2층을 포함한다. 제1층은 티타늄을 스퍼터링 방법을 이용하여 300Å 정도의 두께를 가지도록 형성하며, 제2층은 질화티타늄을 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 방법을 이용하여 1200Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제2 금속층(115)은 광원으로부터 입사되는 광이 반사층인 상부 전극(155) 뿐만 아니라, 상부 전극(155)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100) 내에 광전류(photo current)가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 그리고, 도 6a에 도시한 바와 같이, 후에 형성되는 지지층(140)이 상기 액티브 매트릭스(100) 상에 접촉되는 부분의 일측, 즉, 상기 비어 컨택(170)이 형성될 위치를 고려하여, 상기 비어 컨택(170)보다 넓게 상기 제2 금속층(115)의 일부를 식각하여 제2 금속층(115)의 일부에 홀(hole)을 형성함으로써 제1 보호층(110)을 노출시킨다.
상기 노출된 제1 보호층(110) 및 제2 금속층(115)의 상부에는 제2 보호층(120)이 적층된다. 제2 보호층(120)은 상기 제1 보호층(110)과 동일한 물질인 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2 보호층(120)은 제1 보호층(110)과 마찬가지로 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다.
상기 제2 보호층(120)의 상부에는 식각 방지층(125)이 적층된다. 식각 방지층(125)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 3000∼5000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(125)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 제2 보호층(120) 및 액티브 매트릭스(100)가 식각되는 것을 방지하는 역할을 한다.
상기 식각 방지층(125)의 상부에는 제1 희생층(130)을 형성된다. 제1 희생층(130)은 식각 조절(etch control)이 용이한 물질을 사용하여 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 또는 PECVD (Plasma Enhanced CVD) 방법을 이용하여 적층한다. 바람직하게는, 실리콘 옥사이드(SiO2), 또는 폴리실리콘(poly-silicon)을 사용하여 1. 0∼1. 5㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 또한 바람직하게는, 상기 제1 희생층(130)은 식각 조절이 비교적 용이한 8중량% 이내로 인(P)을 함유하는 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 형성할 수 있다. 이어서, 상기 제1 희생층(130) 중 이후에 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치만을 남기고 나머지 부분을 식각하여 제거한다. 상기 제1 희생층(130)은 인의 농도가 높은 인 실리케이트 유리(PSG)에 비하여 식각 공정을 조절하기가 용이하므로, 원하는 형상대로 정확하게 패터닝할 수 있다.
이어서, 패터닝된 상기 제1 희생층(130)의 상부에 제2 희생층(135)이 적층된다. 제2 희생층(135)은 액츄에이터(200)를 형성하기 위한 적층을 용이하게 하는 기능을 수행하며, 상기 액츄에이터(200)의 형성이 완료된 후에는 플루오르화 수소(HF) 증기에 의해서 제거된다. 상기 제2 희생층(135)은 인(P)의 농도가 높은, 바람직하게는 12중량% 정도의 인을 함유하는 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 2．0∼3．3㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 상기 제2 희생층(135)은 트랜지스터들이 내장된 액티브 매트릭스(100)의 표면을 덮고 있으므로, 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제2 희생층(135)의 표면을 CMP 방법을 이용하여 상기 제1 희생층(130)과 같은 높이가 되도록 약 1. 1㎛ 정도의 두께를 남기고 제2 희생층(135)의 상부를 연마함으로써 제1 희생층(130) 및 제2 희생층(135)의 표면을 평탄화시킨다. 따라서, 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치는 제1 희생층(130)으로 채워진 상태이며, 제2 희생층(135)의 상면은 평탄하게 된다.
도 6b를 참조하면, 상기 제1 희생층(130) 및 제2 희생층(135)의 상부에 포토 레지스트(photo resist)(도시되지 않음)를 스핀 코팅(spin coating) 방법을 이용하여 1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 도포한다. 이어서, 상기 제1 희생층(130)이 노출되도록 상기 포토 레지스트를 패터닝한 후, 포토 레지스트를 식각(etching) 마스크로 이용하여 하부에 적층된 제1 희생층(130)을 식각하여 제거한다.
종래에는 액츄에이터의 지지부를 형성하기 위하여 희생층을 패터닝할 때, 고농도의 인을 함유하는 PSG를 사용하였으므로 식각 공정을 조절하기가 매우 어려웠다. 따라서, 액츄에이터의 지지부가 형성될 부분이 정확한 형상으로 패터닝되지 않는 경우가 많았다. 그 결과 후속 공정에서 적층되는 박막들이 불균일하게 적층되며, 이로 인하여 액츄에이터의 지지부가 형성될 부분과 나머지 부분들간에 응력 분포가 불균일하게 되어 액츄에이터가 초기 휘어짐을 일으키는 경우가 많았다. 이에 비하여, 본 발명에서는 인 실리케이트 유리(PSG)보다 식각 조절이 용이한 실리콘 옥사이드(SiO2), 폴리실리콘, 또는 8중량% 이내로 인(P)을 함유하는 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 액츄에이터의 지지부가 형성될 위치에 제1 희생층(130)을 형성한 후, 이를 쉽게 패터닝한 후 제거함으로써, 액츄에이터(200)의 지지부의 형상을 정확하게 형성할 수 있다.
이어서, 상기 포토 레지스트를 제거하여 상기 식각 방지층(125) 중 아래에 제1 금속층(105)의 드레인 패드가 형성된 부분을 노출시킨다.
도 6c를 참조하면, 제3층(139)은 상기 노출된 식각 방지층(125)의 상부 및 제2 희생층(135)의 상부에 적층된다. 제3층(139)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제3층(139)은 후에 지지층(140)으로 패터닝된다.
하부 전극층(144)은 상기 제3층(139)의 상부에 적층한다. 하부 전극층(144)은 백금, 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0. 1∼1. 0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이와 동시에, 하부 전극층(144)을 각각의 화소별로 독립적인 화상 전류 신호를 인가하기 위하여 액츄에이터(200)가 형성되는 방향과 나란한 방향으로 하부 전극층(144)을 Iso-Cutting 한다. 상기 하부 전극층(144)은 후에 화상 신호 전류가 인가되는 하부 전극(145)으로 패터닝된다. 상기 하부 전극층(144)의 상부에는 PZT 또는 PLZT 등의 압전 물질로 이루어진 제4층(149)이 적층된다. 제4층(149)은 졸-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 바람직하게는, 4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 제4층(149)을 이루는 압전 물질을 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨다. 이어서, 제4층(149)을 구성하는 압전 물질을 분극(poling)시킨다. 제4층(149)은 후에 변형층(150)으로 패터닝된다.
상부 전극층(154)은 상기 제4층(149)의 상부에 적층된다. 상부 전극층(154)은 알루미늄, 은, 또는 백금 등의 전기 전도성 및 반사성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 계속하여 상기 상부 전극층(154)을 패터닝하여 소정의 화소의 형상을 갖는 상부 전극(155)을 형성한다. 이 때, 상부 전극(155)의 일측에는 스트라이프(160)가 함께 형성된다. 상부 전극(155)에는 공통 전극선(도시되지 않음)으로부터 바이어스 전류가 인가된다.
도 6d를 참조하면, 상기 제4층(149) 및 하부 전극층(144)을 차례로 패터닝하여 상부 전극(155)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 변형층(150) 및 변형층(150)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 하부 전극(145)을 형성한다. 상부 전극(155)에 바이어스 전류가 인가되고 하부 전극(145)에 화상 신호 전류가 인가되면 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상기 변형층(150)이 변형을 일으키게 된다.
계속하여, 상기 변형층(150) 중 아래에 상기 제2 금속층(115)의 홀 부분의 상부로부터 변형층(150), 하부 전극(145), 제3층(139), 식각 방지층(130), 제2 보호층(120) 및 제1 보호층(110)을 차례로 식각하여 제1 금속층(105) 중 드레인 패드의 상부까지 비어 홀(160)을 형성한다. 이어서, 비어 홀(160) 내에 텅스텐(W), 알루미늄, 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 증착시켜 비어 컨택(165)을 형성한다. 비어 컨택(165)은 제1 금속층(105)의 드레인 패드로부터 하부 전극(145)까지 형성되어 상기 드레인 패드와 하부 전극(145)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택(165)을 통하여 하부 전극(145)에 인가된다. 그리고, 상기 제3층(139)을 패터닝하여 하부 전극(145)보다 넓은 면적의 화소 형상을 갖는 지지층(140)을 형성한다.
도 6e를 참조하면, 상기 제2 희생층(135)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각함으로써, 제2 희생층(135)의 위치에 에어 갭(175)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 저항 컨택(ohmic contact)(도시되지 않음)을 형성한다. 그리고, 후속하는 상부 전극(155)에 바이어스 전류를 인가하고 하부 전극(145)에 화상 신호 전류를 인가하기 위한 TCP(Tape Carrier Package)(도시되지 않음) 본딩(bonding)을 대비하여 액티브 매트릭스(100)를 소정의 두께까지 자른다(dicing). 계속하여, TCP 본딩을 대비해 AMA 패널의 패드(도시되지 않음)가 충분한 높이를 가지기 위하여 AMA 패널의 패드 상부에 포토 레지스트층(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 포토 레지스트층 중 아래에 패드가 형성되어 있는 부분을 패터닝하여 AMA 패널의 패드를 노출시킨다. 이어서, 상기 포토 레지스트층을 식각하여 제거하고, 액티브 매트릭스(100)를 소정의 형상으로 완전히 잘라낸 후, AMA 패널의 패드와 TCP의 패드를 ACF(Anisotropic Conductive Film)(도시되지 않음)를 사용하여 연결함으로써 박막형 AMA 모듈(module)의 제조를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 TCP의 패드 및 AMA 패널의 패드를 통하여 전달된 화상 신호 전류는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택(165)을 통해 하부 전극(145)에 인가된다. 동시에, 상부 전극(155)에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 바이어스 전류가 인가되어 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(155)과 하부 전극(145) 사이의 변형층(150)이 변형을 일으킨다. 변형층(150)은 상기 전기장에 대하여 수직한 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층(150)을 포함하는 상기 액츄에이터(200)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 광을 반사하는 거울의 기능도 수행하는 상부 전극(155)은 액츄에이터(200)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)와 함께 경사진다. 이에 따라서, 상부 전극(155)은 광원으로부터 입사되는 광을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서, 식각 조절이 용이한 제1 희생층을 액츄에이터의 지지부가 형성될 부분에 형성하고 제2 희생층을 나머지 부분에 형성한 후, 상기 제1 희생층을 식각하여 제거함으로써, 액츄에이터의 지지부가 정확한 형상을 갖도록 패터닝할 수 있다. 따라서, 이후에 형성되는 박막들을 균일하게 적층할 수 있으므로, 박막들간의 스트레스 분포를 균일하게 할 수 있으며, 그 결과 각 액츄에이터가 불균일한 초기 기울어짐을 갖는 문제점을 방지하고 광원으로부터 입사되는 광의 반사각을 일정하게 하여 스크린에 투영되는 화상의 화질을 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 (6)

  1. M×N 개의 트랜지스터가 내장되고 일측에 드레인 패드를 갖는 액티브 매트릭스를 제공하는 단계;
    상기 액티브 매트릭스의 상부에 ⅰ) 제1 희생층을 형성한 후 패터닝하는 단계, ⅱ) 상기 패터닝된 제1 희생층의 상부 및 상기 액티브 매트릭스의 상부에 제2 희생층을 형성하는 단계, ⅲ) 상기 제1 희생층이 노출되도록 상기 제2 희생층을 연마하여 평탄화시키는 단계, 그리고 ⅳ) 상기 제1 희생층을 식각하여 제거하는 단계를 포함하는 희생층을 형성하는 단계; 그리고
    상기 액티브 매트릭스 및 상기 제2 희생층의 상부에 지지층을 형성하는 단계, 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 상기 변형층의 상부에 상부 전극을 형성하는 단계, 그리고 상기 하부 전극과 상기 드레인 패드를 연결하는 비어 컨택을 형성하는 단계를 포함하는 액츄에이터를 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 희생층을 형성하는 단계는, 식각 조절이 용이한 물질을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 희생층을 형성하는 단계는, 실리콘 옥사이드(SiO2) 또는 폴리실리콘(Poly-silicon)을 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 희생층을 형성하는 단계는, 인(P)의 농도가 8중량% 이하인 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 희생층을 패터닝하는 단계는, 상기 액티브 매트릭스 중 아래에 상기 드레인 패드가 형성된 부분의 상부에만 상기 제1 희생층이 남아 있도록 식각하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 희생층을 형성하는 단계는 인의 농도가 12중량% 이상인 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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