KR19990085598A - 박막형 광로조절장치의 제조방법 - Google Patents

박막형 광로조절장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 절연기판, MOS 트랜지스터, 확산방지층, 금속층, 하부보호층, 차단층, 상부보호층, 식각방지층등을 포함하는 구동기판을 제공하고, 기판상에 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층을 형성하고, 상기 드레인패드의 상부부분이 노출된 제 1 포토 레지스트층을 형성하고, XeF2를 사용하는 등방성 식각법을 이용하여 제 1 포토 레지스트층의 노출부위에 따라 희생층을 식각하여 함몰부를 형성하고, 상기 제 1 포토 레지스트층를 제거하고, 상기 희생층과 함몰부의 상부에 제 2 포토레지스트층을 증착하고, 제 2 포토레지스트층과 희생층의 식각비율 1:1이 되도록 산소함유량이 많은 식각분위기를 조성하여 제 2 포토레지스트층을 제거하면서 함몰부의 가장자리가 완만한 경사곡선을 갖도록 형성하고, 상기 희생층의 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층, 상부전극 및 비아컨택으로 구성된 액츄에이터를 형성하고, 상기 희생층을 제거하여 에어갭을 형성하는 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로서, 상기의 방법에 의해 희생층을 식각하여 형성되는 함몰부는 희생층만이 식각되는 1차적 등방성식각공정과 제 2 포토레지스트층과 희생층이 동시에 식각되는 2차적 등방성 식각공정에 의하여 완만한 경사곡선(slope)를 갖도록 형성됨으로서, 함몰부의 가장자리부분의 상부에 형성된 액츄에이터의 변형층 부분에 응력이 집중되는 현상을 완화시켜 변형층에 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

Description

박막형 광로조절장치의 제조방법
본 발명은 완만한 경사곡선(slope)를 갖는 함몰부를 형성하여 함몰부의 가장자리 상부에 형성된 변형부의 응력집중현상을 완화시킬수 있는 박막형 광로조절장치의 제조방법에 관한 것으로서, 특히 1차적으로 XeF2를 사용한 등방성식각공정에 의하여 희생층을 식각하고 2차적으로 산소함유량이 많은 분위기에서 제 2 포토레지스트층과 희생층을 1:1 비율로 식각하여 희생층에 함몰부를 형성하는 박막형 광로조절장치 어레이의 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, 상술한 바와 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 화상 신호 및 바이어스 전압에 의하여 발생되는 전계에 따라 변형을 일으킨다. 이 액츄에이터가 변형을 일으킬 때, 액츄에이터의 상부에 탑재된 각각의 미러들은 전계의 크기에 비례하여 경사지게 된다.
따라서, 이 경사진 미러들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시킬 수 있게 된다. 이 각각의 미러들을 구동하는 액츄에이터의 구성재료로서는 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 수도 있다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 박막형 광로조절장치(100)의 제조방법을 설명하는 단면도를 도시한 것으로, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 박막형 광로조절장치(100)의 제조방법은 절연기판(112), MOS 트랜지스터(120), 확산방지층(130), 금속층(140), 하부보호층(150), 차단층(160), 상부보호층(170), 식각방지층(180)등이 형성되어 있는 구동기판(110)의 준비로서 시작한다.
상기 구동기판(110)에서, 상기 MOS 트랜지스터(120)에는 게이트 산화층(121), 게이트 전극(122), 층간절연층(123), 소오스영역(124), 드레인영역(125), 필드산화층(126)등이 형성되어 있다. 상기 확산방지층(130)은 절연기판(112)의 실리콘이 금속층(140)으로 확산되는 것을 방지한다. 상기 금속층(140)은 상기 트랜지스터(120)의 드레인영역(125)으로 부터 인가되는 전기적 신호를 후술되는 각각의 액츄에이터(210)에 전달하기 위해 형성되는 드레인패드(142)와, 소오스영역(124)들을 전기적으로 연결하는 부분(144)으로 형성되어 있다. 상기 하부 보호층(150)은 차단층(160)과 금속층(140)이 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위하여 형성된다. 상기 차단층(160)은 그 하부에 형성된 금속층(140)에 광전효과에 의한 광전류가 발생하는 것을 방지하기 위하여 형성된다. 상기 상부보호층(170)은 이후의 제조공정동안 차단층(160)과 MOS 트랜지스터(120)이 손상받는 것으로 부터 보호하기 위하여 형성된다. 상기 식각방지층(180)은 후속되는 식각공정동안 구동기판(110)이 손상받는 것을 방지하기 위하여 형성된다.
계속해서, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 구동기판(110)의 상부에 다결정 실리콘(poly-Si)재료로 이루어지는 제 1 희생층(190)을 저압기상증착법(LPCVD)을 사용하여 증착한다.
이어서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 드레인 패드(142)의 상부부분이 노출되어 있는 포토레지스트층(200)을 상기 희생층(190)의 상부에 형성한다.
다음으로, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 포토레지스층(200)의 노출부분의 아래에 형성된 희생층(190)을 습식 또는 건식 식각법을 이용하여 식각함으로서 함몰부(195)를 형성한다. 그리고나서, 상기 희생층(190)의 상부에 형성된 포토레지스트층(200)을 제거한다.
계속하여, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(190)과 함몰부(195)의 상부에 질화물로 이루어진 멤브레인(220), 백금(Pt) 또는 백금/탄탈륨(Pt/Ta) 같은 전기 도전성이 우수한 재료로 이루어진 하부전극(230), PZT 또는 PLZT 같은 압전재료로 만들어진 변형층(240), 전기도전성과 빛반사성을 동시에 지닌 Al 같은 재료로 이루어진 상부전극(250), 하부전극(230)과 드레인 패드(142)을 전기적으로 연결하는 비어 컨택(265)등이 차례로 형성된 액츄에이터(210)를 형성한다.
여기에서, 상기 액츄에이터(210)의 제조과정을 살펴보면, 먼저 상기 질화물로 이루어진 멤브레인(220)을 저압화학기상증착(LPCVD) 방법을 사용하여 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성한다.
다음으로, 상기 멤브레인(220)의 상부에 전기도전성이 우수한 금속으로 이루어진 하부전극(230)을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성한다.
그 다음, 상기 하부전극(230)의 상부에 PZT 또는 PLZT 같은 압전재료로 이루어진 변형층(240)을 스퍼터링 또는 화학기상증착(CVD) 방법을 사용하여 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성한다. 이어서, 변형층(240)은 급속열처리(RAT)방법을 사용하여 상변이 시킨다.
계속해서, 상기 변형층(240)의 상부에 전기도전성이고 빛반사성인 Al 같은 재료로 이루어진 상부전극(250)을 스퍼터링 방법을 사용하여 형성한다.
이후, 상기 상부전극(250), 변형층(240), 하부전극(230), 멤브레인(220)이 셀단위의 각각의 액츄에이터로 나뉘어지도록 각각의 층들을 바람직한 형상으로 패턴한다. 그리고, 드레인 패드(142)의 상부에 형성된 상부전극(250), 변형층(240), 하부전극(230), 멤브레인(220), 식각방지층(180), 상부보호층(170) 그리고 하부보호층(150)을 차례로 식각하여 비아홀(via hole:260)을 형성한 후, 상기 비아홀(260)의 내부에 텅스텐(W), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 또는 티탄늄(Ti) 같은 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 하부전극(230)과 드레인패드(142)가 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(265)를 형성한다.
마지막으로, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(190)을 제거하여 AMA 소자를 완성한다.
그러나, 종래의 제조방법에 의해 형성된 박막형 광로조절장치(100)에서 함몰부(195)의 가장자리부분은 급격한 경사를 이루고 있고, 후속되는 공정으로 상기 함몰부(195)의 가장자리부분 상부에 형성된 변형층(240)에서는 응력집중현상이 일어나고, 급가열공정동안 집중된 응력에 의해 변형층(240)에 균열이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치는 제 1 포토레지스트층의 노출부분을 따라 XeF2를 식각가스로 사용하는 등방성식각공정을 이용하여 희생층을 부분적으로 식각한 후 제 1 포토레지스트층을 제거하고, 다시 제 2 포토레지스트층을 형성한 후 식각분위기를 조절하여 제 2 포토레지스트층과 희생층이 1:1로 식각될 수 있도록 산소함유량이 많은 식각분위기에서 제 2 포토레지스트층을 제거함으로서 함몰부의 가장자리부분이 완만한 경사곡선(slope)을 갖도록 하고, 이에따라 그 상부에 형성되는 액츄에이터의 변형층에 응력집중현상을 완화시킴으로서 변형층을 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로조절장치의 제조방법을 공급하는데 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 절연기판, MOS 트랜지스터, 확산방지층, 금속층, 하부보호층, 차단층, 상부보호층, 식각방지층등을 포함하는 구동기판을 제공하는 단계와, 기판상에 다결정 실리콘으로 이루어진 희생층을 형성하는 단계와, 상기 드레인패드의 상부부분이 노출된 제 1 포토 레지스트층을 형성하는 단계와, XeF2를 사용하는 등방성 식각법을 이용하여 제 1 포토 레지스트층의 노출부위에 따라 희생층을 식각하여 함몰부를 형성하는 단계와, 상기 제 1 포토 레지스트층를 제거하는 단계와, 상기 희생층과 함몰부의 상부에 제 2 포토레지스트층을 증착하는 단계와, 제 2 포토레지스트층과 희생층의 식각비율이 1:1로 되도록 산소함유량이 많은 식각분위기를 조성하여 제 2 포토레지스트층을 제거하면서 함몰부의 가장자리를 완만한 경사곡선을 갖도록 형성하는 단계와, 상기 희생층의 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층, 상부전극 및 비아컨택으로 구성된 액츄에이터를 형성하는 단계와, 상기 희생층을 제거하여 에어갭을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 다음에 설명하는 발명의 바람직한 실시예로 부터 더욱 명확하게 될 것이다.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 박막형 광로조절장치를 제조하기 위한 방법을 설명하는 단면도,
도 2a 내지 도 2h는 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치를 제조하기 위한 방법을 설명하는 단면도.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
410 : 구동기판 420 : MOS 트랜지스터 430 : 확산방지층
440 : 금속층 450 : 하부보호층 460 : 차단층
470 : 상부보호층 480 : 식각방지층 490 : 제 1 희생층
495 : 함몰부 502 : 제 1 포토레지스트층
504 : 제 2 포토레지스트층 510 : 액츄에이터 520 : 멤브레인
530 : 하부전극 540 : 변형층 550 : 상부전극
565 : 비어 컨택
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치를 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 2h는 본 발명과 일치하는 2층 구조의 박막형 광로조절장치(400)의 제조방법을 설명하는 단면도를 도시한 것으로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 2층 구조의 박막형 광로조절장치(400)을 제조는 절연기판(412), MOS 트랜지스터(420), 확산방지층(430), 금속층(440), 하부보호층(450), 차단층(460), 상부보호층(470), 식각방지층(480)등이 형성되어 있는 구동기판(410)의 준비로서 시작한다.
상기 구동기판(410)에서, 상기 MOS 트랜지스터(420)에는 게이트 산화층(421), 게이트 전극(422), 층간절연층(423), 소오스영역(424), 드레인영역(425), 필드산화층(426)등이 형성되어 있다. 상기 확산방지층(430)은 절연기판(412)의 실리콘이 금속층(440)으로 확산되는 것을 방지한다. 상기 금속층(440)은 상기 트랜지스터(420)의 드레인영역(425)으로 부터 인가되는 전기적 신호를 이후에 형성될 각각의 액츄에이터(510)에 전달하기 위해 형성되는 드레인패드(442)와 소오스영역(424)들을 전기적으로 연결하는 부분(444)으로 형성되어 있다. 상기 하부 보호층(450)은 차단층(460)과 금속층(440)이 전기적으로 연결되는 것을 방지하기 위하여 형성된다. 상기 차단층(460)은 그 하부에 형성된 금속층(440)에 광전효과에 의한 광전류가 발생하는 것을 막기 위하여 형성된다. 상기 상부보호층(470)은 이후의 제조공정동안 차단층(460)과 MOS 트랜지스터(420)이 손상받는 것으로 부터 보호하기 위하여 형성된다. 상기 식각방지층(480)은 후속되는 식각공정동안 구동기판(410)이 손상받는 것을 막기 위하여 형성된다.
계속해서, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 구동기판(410)의 상부에 다결정 실리콘(poly-Si)재료로 만들어진 희생층(490)을 저압기상증착법(LPCVD)을 사용하여 형성한다.
다음으로, 도 2c에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(490)의 상부에 상기 드레인패드(442)의 상부부분이 노출되어 있는 제 1 포토레지스트층(502)이 형성된다.
이어서, 도 2d에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 포토레지스트층(502)을 마스크로 이용하여 제 1 포토레지스트층(502)의 노출된 부분 하부에 형성되어 있는 희생층(490)을 XeF2를 식각액으로 사용하는 등방성식각법으로 식각함으로서 함몰부(495)를 형성된다. 그리고 나서, 상기 희생층(490)의 상부에 형성된 제 1 포토레지스트층(502)을 제거한다.
계속적으로, 도 2e에 도시된 바와 같이, 상기 함몰부(495)와 희생층(490)의 상부에 제 2 포토레지스트층(504)을 증착한다. 여기에서, 상기 제 2 포토레지스트층(504)은 유동성이 있기 때문에 두께가 일정하지 않고, 상기 함몰부(495)의 가장자리부분에 형성된 제 2 포토레지스트층(504)의 다른 부분에 비해 두께가 얇게 형성된다.
다음으로, 도 2f에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 포토레지스트층(504)과 희생층(490)의 식각비율이 1:1이 되도록 산소함유량이 많은 식각분위기로 조절하여 상기 제 2 포토레지스트층(504)을 제거하는데, 이때 함몰부(495)의 가장자리부분의 상부에 형성된 제 2 포토레지스트층(504)은 다른 부분에 비해 얇게 형성되어 있기 때문에, 이 부분에서는 제 2 포토레지스트층(504) 뿐만아니라 희생층(490)까지 식각되어 함몰부(495)의 가장자리부분은 완만한 경사곡선을 갖게 된다.
계속하여, 도 2g에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(490)과 함몰부(495)의 상부에 질화물로 만들어진 멤브레인(520), 백금(Pt) 또는 백금/탄탈륨(Pt/Ta) 같은 전기 도전성이 우수한 재료로 만들어진 하부전극(530), PZT 또는 PLZT 같은 압전재료로 만들어진 변형층(540), 전기도전성이고 빛반사성인 재료로 만들어진 상부전극(550), 하부전극(530)과 드레인 패드(442)을 전기적으로 연결하는 비어 컨택(565)등이 형성된 액츄에이터(510)을 형성한다.
여기에서, 상기 액츄에이터(510)의 제조과정을 살펴보면, 먼저 상기 질화물로 이루어진 멤브레인(520)을 저압화학기상증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성한다.
다음으로, 상기 멤브레인(520)의 상부에 전기 도전성이 우수한 금속으로 이루어진 하부전극(530)을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성한다.
그 다음, 상기 하부전극(530)의 상부에 PZT 또는 PLZT 같은 압전재료로 만들어진 변형층(540)을 스퍼터링 또는 화학기상증착(CVD) 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성한다. 이어서, 변형층(540)은 급속열처리(RAT)방법을 이용하여 상변이 시킨다.
계속해서, 상기 변형층(540)의 상부에 하부전극(530)과 동일한 전기 도전성이 우수한 물질로 이루어진 상부전극(550)을 스퍼터링 방법을 이용하여 형성한다.
이후, 상기 상부전극(550), 변형층(540), 하부전극(530), 멤브레인(520)이 셀단위의 각각의 액츄에이터로 나뉘어지도록 각각의 층들을 바람직한 형상으로 패턴한다. 그리고, 드레인 패드(442)가 형성된 부분으로부터 상부전극(550), 변형층(540), 하부전극(530), 멤브레인(520), 식각방지층(480), 상부보호층(470) 그리고 하부보호층(450)을 차례로 식각하여 비아홀(via hole:560)을 형성한 후, 상기 비아홀(560)의 내부에 텅스텐(W), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 또는 티탄늄(Ti) 같은 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 상기 하부전극(530)과 드레인패드(442)가 전기적으로 연결되도록 비어 컨택(565)를 형성한다.
마지막으로, 도 2h에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(490)을 제거하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치는 제 1 포토레지스트층의 노출부분을 따라 XeF2를 식각액으로 사용하는 등방성식각공정을 이용하여 희생층을 부분적으로 식각하여 함몰부를 형성하고, 다시 제 2 포토레지스트층을 형성하여 산소함유량이 많은 식각분위기를 조절하여 제 2 포토레지스트층과 희생층이 1:1로 식각될 수 있는 분위기에서 제 2 포토레지스트층을 제거함으로서 함몰부의 가장자리부분이 완만한 경사곡선(slope)을 갖도록 하고, 이에따라 그 상부에 형성되는 액츄에이터의 변형층에 응력집중현상을 완화시킴으로서 급가열공정동안 변형층을 균열이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

  1. 절연기판, MOS 트랜지스터, 드레인 패드 등이 형성되어 있는 구동기판을 준비하는 단계와;
    상기 구동기판의 상부에 희생층을 증착하는 단계와;
    상기 희생층의 상부에 드레인 패드의 상부가 노출된 제 1 포토레지스트층을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 포토레지스트층의 노출형상에 따라 상기 희생층을 식각하여 함몰부를 형성하는 단계와;
    상기 제 1 포토레지스트층을 제거하는 단계와;
    상기 희생층과 함몰부의 상부에 제 2 포토레지스트층을 증착하는 단계와;
    상기 제 2 포토레지스트층을 제거하면서 동시에 희생층의 일부를 제거함으로서 함몰부의 가장자리가 완만한 경사곡선을 갖도록 형성하는 단계와;
    상기 희생층과 함몰부의 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층, 상부전극, 비어 컨택등이 형성된 액츄에이터를 형성하는 단계와;
    상기 희생층을 제거하는 단계를 포함하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 희생층은 다결정 실리콘으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 함몰부 형성을 위한 희생층의 식각공정은 XeF2를 식각가스로 사용하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 함몰부 형성을 위한 희생층의 식각공정은 등방성 식각공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 제 2 포토레지스트의 제거공정은 산소함유량이 많은 분위기에서 이루어짐으로서 제 2 포토레지스트와 희생층이 1:1 비율로 동시에 제거될 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로조절장치의 제조방법.
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