KR20020018650A - Electronic devices including micromechanical switches - Google Patents

Electronic devices including micromechanical switches Download PDF

Info

Publication number
KR20020018650A
KR20020018650A KR1020017009982A KR20017009982A KR20020018650A KR 20020018650 A KR20020018650 A KR 20020018650A KR 1020017009982 A KR1020017009982 A KR 1020017009982A KR 20017009982 A KR20017009982 A KR 20017009982A KR 20020018650 A KR20020018650 A KR 20020018650A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
layer
switch
thin film
contact
micro
Prior art date
Application number
KR1020017009982A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
이안 데 프렌치
Original Assignee
요트.게.아. 롤페즈
코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 요트.게.아. 롤페즈, 코닌클리케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 요트.게.아. 롤페즈
Priority claimed from PCT/EP2000/012376 external-priority patent/WO2001043153A1/en
Publication of KR20020018650A publication Critical patent/KR20020018650A/en

Links

Landscapes

  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)

Abstract

본 발명은, 공통의 기판(2)에 제공되는 마이크로공학적(micromechanical) 스위치(10)와 박막 회로 구성요소(20)를 갖는 집적 회로 디바이스를 포함하는 전자 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 마이크로공학적 스위치(10)는 각각의 희생 영역(sacrificial region) 위로 연장하는 접촉 빔(12)을 갖는다. 박막 회로 구성요소를 형성하기 위한 구성요소 층(5)은 마이크로공학적 스위치에 할당된 기판의 영역에서 희생 영역으로서 이용된다. 이것은 다양한 층이 상기 스위치와 상기 구성요소 사이에서 공유되는 것을 가능하게 한다. 보충 지지 층(50)이 후속적 처리와 제작 단계 동안 손상으로부터 접촉 빔을 보호하기 위해 상기 접촉 빔에 제공될 수 있다. 이 지지 층 부분은 강도를 증가시키기 위해 완성된 디바이스에서 상기 빔에 부착되어 남겨질 수 있다.The present invention relates to a method of manufacturing an electronic device comprising an integrated circuit device having a micromechanical switch (10) and a thin film circuit component (20) provided on a common substrate (2). The micro-engineering switch 10 has a contact beam 12 extending over each sacrificial region. The component layer 5 for forming the thin film circuit component is used as a sacrificial region in the region of the substrate assigned to the microengineered switch. This enables the various layers to be shared between the switch and the component. A supplemental support layer 50 may be provided in the contact beam to protect the contact beam from damage during subsequent processing and fabrication steps. This support layer portion may remain attached to the beam at the finished device to increase its strength.

Description

마이크로공학적 스위치를 포함하는 전자 디바이스{ELECTRONIC DEVICES INCLUDING MICROMECHANICAL SWITCHES}[0001] ELECTRONIC DEVICES INCLUDING MICROMECHANICAL SWITCHES [0002]

마이크로공학적 스위치는 트랜지스터 또는 다이오드와 같은 종래의 반도체 스위칭 디바이스보다 낮은 온-레지스턴스(on-resistance) 및 종래의 반도체 스위칭 디바이스보다 높은 오프-레지스턴스(off-resistance)를 제공할 수 있는 것으로 인식되어 왔다. 스위칭 작업을 수행하기 위해 이동가능한 빔의 정전기 또는 전자기 작동 중 한 가지를 이용하는 다른 유형의 마이크로공학적 스위치가 제안되어 왔다. 스위치의 빔을 제조하는 알려진 방법은 희생 지지 층 위에 적합한 기계적 및 전기적 특성을 갖는 빔 구조를 증착시키는 것을 포함한다. 결국, 이 희생 층은 공동부를 남기도록 제거되며, 작동 신호를 인가할 때, 빔은 상기 공동부안으로 편향된다(deflect). 마이크로전자공학 시스템에 대한 IEEE의 1994년자 회보의 97쪽에 있는 항목 "MOSFETs로 집적된 정전기 폴리실리콘 마이크로릴레이(microrelays)"는 실리콘 2산화물의 희생 에칭에 의해 얻어지는 빔의 중앙 아래에 공동부가 한정된 채 두 단부에 의해 지지되는 빔을 포함하는 마이크로릴레이를 개시한다. 이 마이크로릴레이 구조는 트랜지스터 기판 위로 집적되며, 이로써 마이크로공학적 디바이스의 IC 호환성(compatibility)이 설명된다.Micro-engineering switches have been recognized as capable of providing lower on-resistance and higher off-resistance than conventional semiconductor switching devices than conventional semiconductor switching devices such as transistors or diodes. Other types of microengineered switches have been proposed that utilize either electrostatic or electromagnetic actuation of the movable beam to perform the switching operation. A known method of fabricating a beam of switches involves depositing a beam structure having suitable mechanical and electrical properties on the sacrificial support layer. Eventually, the sacrificial layer is removed to leave a cavity, and when applying an actuation signal, the beam deflects into the cavity. The article entitled " Electrostatic polysilicon micro-relays integrated into MOSFETs " on page 97 of the IEEE 1994 issue of the Microelectronic Systems, A micro relay comprising a beam supported by an end is disclosed. This micro-relay structure is integrated on the transistor substrate, thereby explaining the IC compatibility of micro-engineering devices.

마이크로공학적 스위치를 포함하는 집적 회로 디바이스를 제조하는 현재의 방법에 있어서의 문제점은 상기 디바이스에 집적되는 다른 구성요소로부터 야기되는 제조 공정의 복잡성이 증가된다는 것이다.A problem with current methods of fabricating integrated circuit devices including microengineered switches is that the complexity of the fabrication process resulting from other components integrated in the device is increased.

본 발명은 전자 디바이스, 더욱 상세하게는 마이크로공학적 스위치를 포함하는 집적 회로 디바이스와 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 개개의 어드레싱(addressing)이 관련 마이크로공학적 스위치에 의해 제어되는 집적 회로 포토다이오드 배열에 관한 것이나, 오로지 이에 관한 것은 아니다.The present invention relates to an electronic device, and more particularly to an integrated circuit device including a microengineered switch and a method of manufacturing the same. In particular, the present invention relates to but not exclusively to an integrated circuit photodiode arrangement in which the individual addressing is controlled by an associated micro-engineering switch.

도 1a 내지 도 1d는 집적 회로 다이오드 구조의 제조를 위해 요구되는 처리 단계를 도시하는 도면.Figures 1A-1D show processing steps required for the manufacture of an integrated circuit diode structure.

도 2a 내지 도 2e는 도 1의 다이오드 구조와 같은 기판상에 조합되는 마이크로공학적 스위치의 제조를 위한 본 발명의 처리 단계를 도시하는 도면.Figures 2A-2E illustrate processing steps of the present invention for the fabrication of microengineered switches that are combined on a substrate, such as the diode structure of Figure 1;

도 3은 기판 위의 한 위치에서 측방향으로 인접한 구성요소로서의 다이오드와 마이크로공학적 스위치의 조합을 도시하는 도면.Figure 3 shows a combination of a diode and a microengineered switch as a component laterally adjacent at one location on the substrate.

도 4는 이미지 센서 내의 픽셀 요소로서의 조합된 포토다이오드와 마이크로공학적 스위치의 작동을 도시하는 도면.Figure 4 illustrates the operation of a combined photodiode and a microengineered switch as pixel elements in an image sensor.

도 5는 본 발명의 방법에 따라 제조된 이미지 센서의 회로 구성을 도시하는도면.5 is a diagram showing a circuit configuration of an image sensor manufactured according to the method of the present invention.

도 6a 내지 도 6g는 공통 기판상의 마이크로공학적 스위치와 디이오드 구조를 포함하는 전자 디바이스를 제조하는 방법의 다른 실시예의 처리 단계를 도시하는 도면.6A to 6G show processing steps of another embodiment of a method for manufacturing an electronic device including a micro-engineering switch and a diode structure on a common substrate.

이해해야 할 것은 상기 도면들은 단지 개략적이며 비례축척이 아니라는 것이다. 특히, 층 또는 영역의 두께와 같은 특정 치수는 과장되었을 수 있으나 다른 치수들은 감소되었을 수 있다. 또한 같은 참조 번호는 도면을 통틀어 같은 또는 비슷한 부분을 지시하기 위해 사용된다는 것을 이해해야 한다.It should be understood that the figures are only schematic and not proportional scale. In particular, certain dimensions such as the thickness of the layer or area may have been exaggerated, but other dimensions may have been reduced. It is also to be understood that the same reference numerals are used to indicate the same or similar parts throughout the drawings.

본 발명에 따라, 공통 기판 위에 제공되는 복수의 박막 회로 구성 요소와 복수의 마이크로공학적 스위치를 포함하는 집적 회로 디바이스를 제조하는 방법이 제공되는데, 상기 방법은 이하의 단계, 즉According to the present invention there is provided a method of manufacturing an integrated circuit device comprising a plurality of thin film circuit components and a plurality of microengineered switches provided on a common substrate,

박막 회로 구성요소를 위한 및 마이크로공학적 스위치를 위한 하단 접촉부를 한정하는 하부 전극 패턴을 증착하고(depositing) 패터닝하는(patterning) 단계와,Depositing and patterning a lower electrode pattern for the thin film circuit component and defining a bottom contact for the micro-engineering switch,

상기 하부 전극 패턴 위에 박막 회로 구성요소를 형성하기 위해 구성요소 층을 증착하고 패터닝하는 단계로서, 상기 구성요소 층은 상기 마이크로공학적 스위치에 할당되는 기판의 영역 위에 희생 영역(sacrificial region)을 한정하고 상기 박막 회로 구성요소에 할당되는 기판의 영역 위에 상기 박막 회로 구성요소를 한정하는, 단계와,Depositing and patterning a component layer to form a thin film circuit component on the lower electrode pattern, the component layer defining a sacrificial region over a region of the substrate that is assigned to the micro- Defining the thin film circuit component over a region of the substrate that is assigned to the thin film circuit component;

상부 전극 패턴을 제공하기 위해 전도성 층을 증착하고 패터닝하는 단계로서, 상기 상부 전극 패턴은 박막 회로 구성요소를 위한 상단 접촉부를 한정하고 상기 마이크로공학적 스위치를 위한 접촉 빔(beam)을 한정하며, 상기 접촉 빔 각각은 각각의 희생 영역 위로 연장하는, 단계와,Depositing and patterning a conductive layer to provide an upper electrode pattern, the upper electrode pattern defining a top contact for the thin film circuit component and defining a contact beam for the micro-engineering switch, Each beam extending over a respective sacrificial region,

상기 접촉 빔과 각각의 마이크로공학적 스위치의 하부 전극 패턴 사이에 스페이스(space)를 한정하기 위해 상기 구성요소 층의 상기 희생 영역을 제거하는 단계를,Removing the sacrificial region of the component layer to define a space between the contact beam and a lower electrode pattern of each micro-engineering switch,

포함한다..

본 발명의 방법에서, 하부 및 상부 전극 패턴은 마이크로공학 스위치와 박막 회로 구성 요소 사이에서 공유되며, 이에 의해 집적 회로 디바이스를 형성하기 위해 요구되는 추가적 처리 단계의 수를 감소시킨다. 더욱이, 박막 회로 구성요소를 한정하는 층은 또한 마이크로공학적 스위치의 접촉 빔을 위한 지지부로서 작용한다. 이러한 방법으로, 구성요소 층의 영역은 마이크로공학적 스위치의 희생 층을 한정하며, 이로써, 박막 회로 구성요소를 위해 그리고 스위치를 위해 요구되는 처리 단계는 최대 가능한 범위로 공유된다(share).In the method of the present invention, the lower and upper electrode patterns are shared between the micro-engineering switch and the thin film circuit components, thereby reducing the number of additional processing steps required to form the integrated circuit device. Moreover, the layer defining the thin film circuit component also serves as a support for the contact beam of the microengineered switch. In this way, the area of the component layer defines the sacrificial layer of the microengineered switch, whereby the processing steps required for the thin film circuit component and for the switch are shared to the maximum extent possible.

다이오드 구조 위에 놓여 상기 다이오드 구조와 직접 접촉하는 상부 전극 층이 제공된 채, 박막 회로 구성요소는 예컨대 PIN 또는 NIP 다이오드 구조를 한정하는 다이오드를 포함할 수 있다. 이러한 다이오드는 비결정(amorphous) 실리콘 층으로 형성될 수 있으며, 결과물인 다이오드 스위치 집적 회로 디바이스는 이미지 센서의 픽셀을 한정할 수 있다.The thin film circuit component may include, for example, a diode that defines a PIN or NIP diode structure, with the top electrode layer overlying the diode structure and in direct contact with the diode structure. Such a diode may be formed of an amorphous silicon layer, and the resulting diode switch integrated circuit device may define pixels of the image sensor.

상부 전극층은 희생 영역 내의 오목부(well)를 한정하도록 패터닝될 수 있으며, 이로써, 희생 영역의 제거 후, 접촉 돌기부(contact projection)는 접촉 빔의밑면에서 한정된다. 이 접촉 돌기부는 스위치의 온-레지스턴스를 감소시키는 것을 돕는다.The top electrode layer may be patterned to define a well in the sacrificial region such that after removal of the sacrificial region, a contact projection is defined at the bottom of the contact beam. This contact protrusion helps to reduce the on-resistance of the switch.

접촉 빔을 기계적으로 지지하기 위해, 지지 층이 마이크로공학적 스위치에 할당된 기판의 영역에서 구성요소 층 위에 증착되고 패터닝된다. 이것은 빔의 강성을 향상시키는 것을 도울 수 있으며, 후속적 에칭 공정 동안 또는 집적 회로 구성요소의 다이싱(dicing) 및 패키징(packaging) 동안 빔의 와해를 막을 수 있다. 희생 층의 제거는 지지 층을 남겨두는 에칭제(etchant)를 이용해 실행되는 것이 바람직하며, 이로써, 추가적인 지지가 완제품의 접촉 빔에 제공된다.To mechanically support the contact beam, a support layer is deposited and patterned over the component layer in the region of the substrate assigned to the microengineered switch. This may help improve the stiffness of the beam and may prevent breakage of the beam during subsequent etching processes or during dicing and packaging of the integrated circuit components. The removal of the sacrificial layer is preferably carried out with an etchant leaving the support layer, whereby additional support is provided to the contact beam of the article.

본 발명에 따른, 집적 회로 디바이스의 형태인, 전자 디바이스의 실시예와 그들의 제조 방법은 수반되는 도면과 관련하여, 예로서 이제 설명될 것이다.An embodiment of an electronic device, in the form of an integrated circuit device, according to the present invention and a method of manufacturing the same will now be described, by way of example, with reference to the accompanying drawings.

이 발명은 마이크로공학적 스위치 및 다른 박막 전자 회로 구성요소를 공통 기판에 집적(integration)하는 것에 관련된다. 특히, 도 3에 도시되듯이, 본 발명은 마이크로공학적 스위치(10)에 공간(14)위로 연장하는 빔(12)이 제공되는 집적 회로 디바이스 형태의 전자 디바이스를 제조하는 방법을 제공하는데, 상기 빔(12)은 스위치를 닫도록 작동 신호를 인가함으로써 공간(14)안으로 선택적으로 이동가능하다. 빔(12)은 희생 층 위에 증착되고 상기 희생 층은 공간(14)을 형성하기 위해서 그 후에 제거된다. 본 발명은 상기 박막 회로 구성요소(20)의 구조를 형성할 뿐 아니라 또한 공간(14)을 형성하기 위해 후에 제거되는 희생 층을 형성하는 층으로부터 박막 회로 구성요소(20)를 한정하는 방법을 제공한다. 예로서, 본 발명은 공통 기판상에서 유지되는 마이크로공학적 스위치와 포토-다이오드(photo-diode)를 포함하는 집적 회로 이미지 센서 디바이스와의 관계에서 설명될 것이다.This invention relates to integrating micro-engineering switches and other thin-film electronic components into a common substrate. 3, the present invention provides a method of fabricating an electronic device in the form of an integrated circuit device provided with a beam 12 extending over a space 14 in a microengineered switch 10, (12) is selectively movable into the space (14) by applying an actuating signal to close the switch. A beam 12 is deposited over the sacrificial layer and the sacrificial layer is then removed to form the space 14. The present invention provides a method for defining a thin film circuit component 20 from a layer that not only forms the structure of the thin film circuit component 20 but also forms a sacrificial layer that is later removed to form the space 14 do. By way of example, the invention will be described in the context of an integrated circuit image sensor device comprising a photo-diode and a microengineered switch held on a common substrate.

제조 공정은 공통 기판상에 다양한 도체층, 절연층 및 반도체층을 포토리쏘그래피 기술(photolithographic techniques)에 의해서 증착 및 패터닝하는 것을 포함한다. 일반적으로, 그런 공정은 잘 알려져 있고, 절연 기판상에서 유지되는 박막 다이오드, 박막 트랜지스터 등의 배열(array)을 포함하는 넓은 영역 박막 전자 디바이스의 제작에 이용되었다.The fabrication process involves depositing and patterning various conductor layers, insulating layers and semiconductor layers on a common substrate by photolithographic techniques. In general, such processes are well known and have been used in the fabrication of wide area thin film electronic devices including arrays of thin film diodes, thin film transistors, etc., which are held on insulating substrates.

박막 포토-다이오드 디바이스를 형성하기 위해 요구되는 제조 단계는, 적층 다이오드 구조(stack diode structure)를 형성하기 요구되는 처리 단계를 도시하는 도 1과 관련되어 우선 설명될 것이다. 다이오드 구조 그 자체는 일반적으로 종래의 형상이다.The fabrication steps required to form the thin film photo-diode device will first be described in connection with FIG. 1, which shows the processing steps required to form a stacked diode structure. The diode structure itself is generally a conventional shape.

도 1a에 도시되듯이, 바람직하게는 금속으로 된 하단 전기-전도 접촉 층(4)은 예를 들면 유리로 된 절연 기판(2) 위에 제공된다. 하단 접촉 층(4)은 종래의 박막 처리 기술을 이용하여 증착되고 패터닝된 크롬 층(chrome layer)을 포함할 수 있다. 도 1b에 도시되듯이, 요구되는 다이오드 구조를 한정하는 반도체 층(5)이 하단 접촉 층(4) 위에 직접 증착되고 패터닝되며, 위에 놓여 상기 다이오드 구조의 상부 표면과 직접 접촉하는 상단 전극 층(6)이 그 뒤를 따른다. 반도체 층은 비결정의 실리콘으로 형성될 수 있고 예를 들면 NIP 또는 PIN 구조를 한정할 수 있다. 그래서, 반도체 층(5)은 세 개의 별개 층, 즉 제1 불순물 유형의 하단 층, 고유 층, 및 제2 반대 불순형 유형의 상단 층을 포함한다. 상단 접촉 층은 ITO를 포함할 수 있는데, 상기 ITO는 투명하고 그에 의해 다이오드가 위로부터 입사하는 광에 반응할 수 있게 한다. 층들(5,6)은, 도 1b에 도시되는 바와 같이, 다이오드 구조를한정하도록 단일 에칭 단계(single etching step) 동안 함께 패터닝된다.As shown in Fig. 1A, a bottom electro-conductive contact layer 4, preferably made of metal, is provided on an insulating substrate 2 made, for example, of glass. The bottom contact layer 4 may comprise a chrome layer deposited and patterned using conventional thin film processing techniques. A semiconductor layer 5 defining the required diode structure is deposited and patterned directly on the bottom contact layer 4 and a top electrode layer 6 overlying and in direct contact with the top surface of the diode structure ) Followed. The semiconductor layer may be formed of amorphous silicon and may, for example, define NIP or PIN structures. Thus, the semiconductor layer 5 comprises three distinct layers: the bottom layer of the first impurity type, the intrinsic layer, and the top layer of the second opposite impurity type. The top contact layer may comprise ITO, which is transparent and thereby allows the diode to react to light incident from above. The layers 5,6 are patterned together during a single etching step to define the diode structure, as shown in Figure IB.

도 1c에 도시되듯이, 다이오드 적층의 에지(edge)에서 에지 누설 전류를 감소시키고 한편 상부 층(6) 영역 중 적어도 실질적인 부분은 노출된 상태로 두기 위해서, 적합한 절연 물질로 된 페시베이션 층(passivation layer)(7)이 그 후 다이오드 구조를 둘러싸도록 증착되고 적당히 패터닝된다.As shown in FIG. 1C, a passivation layer of a suitable insulating material is used to reduce the edge leakage current at the edge of the diode stack while leaving at least a substantial portion of the top layer 6 region exposed. layer 7 is then deposited and appropriately patterned to surround the diode structure.

이 층(7)은 실리콘 질화물(silicon nitride)을 포함할 수 있고, 종래 기술을 이용하여 다시 증착되고 패터닝된다.This layer 7 may comprise silicon nitride and is again deposited and patterned using conventional techniques.

마지막으로, 도 1d에 도시되듯이, 상단 접촉 층(8)이 다이오드 구조의 상단 전극의 상단으로의 접촉을 한정하기 위해서 증착되고 패터닝된다. 층(8)은 상부 전극 층(6)의 노출된 표면과 직접 전기적 접촉을 하도록 페시베이션 층(7)의 표면 위로 연장한다. 이것은 금속 층을 포함하고, 이하로부터 명백해지듯이, 이 층의 성질, 즉 구성, 두께 등은 마이크로공학적 스위치의 기계적 및 전기적 요구조건을 고려하여 선택된다. 도 1d는 마이크로공학적 스위치와 함께 공통 기판상에 집적되기 위해 다른, 동시-형성된 다이오드 구조와 더불어 박막 회로 구성요소(20)를 제공하는 하나의 완전한 다이오드 구조를 도시한다.Finally, as shown in Fig. 1d, an upper contact layer 8 is deposited and patterned to define contact with the top of the top electrode of the diode structure. The layer 8 extends over the surface of the passivation layer 7 in direct electrical contact with the exposed surface of the top electrode layer 6. This includes a metal layer, and as will become apparent from the description below, the nature of the layer, i.e. its composition, thickness, etc., is chosen taking into account the mechanical and electrical requirements of the microengineered switch. FIG. 1D shows one complete diode structure that provides a thin film circuit component 20 with another, co-formed diode structure to be integrated on a common substrate together with a micro-engineering switch.

다양한 층들을 증착하고 패터닝하기 위해 이용되는 기술은 넓은 영역 전자 디바이스를 생산하기 위해 절연 기판상에 박막 전자 디바이스를 제작하는데 종래에 이용되었던 그런 알려진 종류이며, 예를 들면 CVD 공정 등을 이용하여 층을 증착시키는 것과 포토리쏘그래피 공정에 의한 후속적 패터닝을 전형적으로 수반한다. 이러한 공정들을 그 자체로서 여기서 상세하게 설명하는 것이 필요하다고 생각되지는않는다.The technique used for depositing and patterning the various layers is such a known kind that has been conventionally used to fabricate thin film electronic devices on insulating substrates to produce wide area electronic devices, Typically followed by deposition and subsequent patterning by a photolithography process. It is not considered necessary to describe these processes as such in detail herein.

도 2a 내지 도 2e는 마이크로공학적 스위치가 도 1a 내지 도 1d의 다이오드와 같은 기판상에 집적된 채 제공될 때 마이크로공학적 스위치의 제조를 위한 처리 단계들을 도시한다. 도 2a, 도 2b, 도 2d에서 실행되는 층들의 증착과 패터닝은 도 1a, 도 1b, 도 1d 단계에서의 층들의 증착과 패터닝에 상응하므로 다이오드와 스위치가 적당한 상호연결됨과 아울러 편리하게 동시에 제작될 수 있게 하는, 같은 층 증착과 패터닝 공정이 포함된다.Figures 2A-2E illustrate processing steps for the manufacture of a microengineered switch when a microengineered switch is provided integrated on a substrate such as the diode of Figures 1A-1D. Deposition and patterning of the layers performed in Figures 2a, 2b, 2d correspond to the deposition and patterning of the layers in Figure 1a, 1b, 1d, so that the diodes and switches are suitably interconnected, The same layer deposition and patterning process.

도 2a에 도시되듯이, 하단 접촉 층(4)을 구성하는 증착된 금속 층이 중간 제어 전극(16C)뿐 아니라 마이크로공학적 스위치의 상호-이격된 스위치 접촉부(16A,16B)를 또한 한정하기 위해서 패터닝된다. 도 2b의 다이오드 적층(5,6)을 구성하는 구성요소 층을 증착하고 패터닝함으로써 접촉부 위로 연장하는 각 마이크로공학적 스위치의 위치에서 희생 영역을 형성한다.2A, the deposited metal layer constituting the bottom contact layer 4 is patterned to define the inter-spaced switch contacts 16A, 16B of the micro-engineering switch as well as the intermediate control electrode 16C. do. The sacrificial region is formed at the location of each micro-engineering switch extending above the contact by depositing and patterning the constituent layers that make up the diode stack 5,6 of Figure 2b.

도 2c는 단지 마이크로공학적 스위치를 위해 요구되는 처리 단계를 도시한다. 이 단계는 스위치 접촉부 중 하나, 즉 접촉부(16B) 위에 바로 놓여있는 영역에서 증착된 다이오드 층 구조의 상부 전극 층(6)을 통해 개구부(17)를 에칭하는 것을 포함한다. 도 2c는 도 1c의 앞에 또는 다음에 올 수 있다. 또한, 도 1c는 마이크로공학적 스위치 구조의 제작에 있어서 어떤 역할도 하지 않는다.Figure 2c shows the processing steps required for a microengineered switch only. This step includes etching the opening 17 through the upper electrode layer 6 of the diode layer structure deposited in one of the switch contacts, i. E., Directly over the contact 16B. Fig. 2c can precede or follow Fig. 1c. Also, Figure 1c does not play any role in the fabrication of microengineered switch structures.

도 2d에서, 증착된 상단 금속 접촉 층(8)은 패터닝될 때 접촉 빔(12)을 형성한다. 오목부(17)안으로 연장하는 상단 접촉 층(8) 영역은 접촉 빔(12)의 밑면상에 접촉 돌기부(18)를 한정한다.2D, the deposited top metal contact layer 8 forms the contact beam 12 when patterned. An upper contact layer 8 region extending into the recess 17 defines a contact protrusion 18 on the bottom surface of the contact beam 12.

마이크로공학적 스위치 위치에서 희생 영역을 구성하는 층(5,6) 부분은 에칭에 의해 제거된다. 도 2e에 도시된 구조는 다이오드 구조를 한정하는 비결정의 실리콘 층뿐 아니라 이 영역의 상단 ITO 접촉 층(6)도 에칭함으로써 얻어진다. 이러한 층들을 제거함으로써 자유-스페이스 공간(14)을 생성하는데 상기 자유-스페이스 공간은, 접촉부(16C)로 작동 전압을 인가하거나 제거할 때, 층(8)을 통해 접촉부(16A) 위에 놓여있는 영역 주위로 빔(12)의 선회적 이동을 가능하게 하여 스위치 전극(16A,16B) 사이의 전기적 접촉을 만들거나 단절시킨다.At the microengineering switch position, the portions of the layers 5, 6 constituting the sacrificial region are removed by etching. The structure shown in FIG. 2E is obtained by etching not only an amorphous silicon layer defining the diode structure but also the upper ITO contact layer 6 of this region. The free-space space for creating the free-space space 14 by removing these layers is such that when applying or removing an operating voltage to the contact 16C, the area overlying the contact 16A through the layer 8, Thereby making or breaking electrical contact between the switch electrodes 16A and 16B.

도 2e에 도시된 구조를 발생시키는 희생 층 에칭 동안, 포토다이오드(20)를 한정하는 층은 적합한 포토마스크(photomask)에 의해 이용된 채 에칭제(etchant)로부터 보호된다. 희생 층 영역을 제거하는 것은 바람직하게는 습식 에칭을 이용하여 실행되는데, 액체는 공간(14)의 모든 영역으로 관통할 수 있기 때문이다. 이것은 또한 대안적 건식 및 증기 에칭 기술에 비해 상대적으로 값이 싸고 안전한 공정이다. 물론, 선택되는 에칭제는 금속 접촉 빔(12)과 전극(16)이 영향을 받지 않게 해야 하므로 그에 알맞게 선택된다.During sacrificial layer etching to generate the structure shown in Figure 2E, the layer defining photodiode 20 is protected from etchant while being used by a suitable photomask. The removal of the sacrificial layer region is preferably performed using a wet etch because the liquid can penetrate into all regions of the space 14. This is also a relatively inexpensive and safe process compared to alternative dry and vapor etching techniques. Of course, the selected etchant should be selected accordingly since the metal contact beam 12 and the electrode 16 should be unaffected.

다이오드와 마이크로공학적 스위치를 이미지 센서에 병합하는 집적된 회로 디바이스의 사용이 이제 설명될 것이다. 포토다이오드를 이용하는 종래의 넓은 영역, 박막 집적 회로 이미지 센서 배열은 이미지 센서 픽셀의 배열을 포함하는데, 상기 이미지 센서 픽셀의 배열에서 각각의 픽셀은 포토다이오드와 (입사광으로부터 보호되는) 스위칭 다이오드 또는 박막 트랜지스터(TFT)의 형태인 연관된 스위칭 디바이스를 포함한다.The use of integrated circuit devices that incorporate diodes and micro-engineering switches into image sensors will now be described. A conventional wide area, thin film integrated circuit image sensor array using photodiodes comprises an array of image sensor pixels, each pixel in the array of image sensor pixels comprising a photodiode and a switching diode (protected from incident light) Lt; RTI ID = 0.0 > (TFT). ≪ / RTI >

본 발명의 방법을 이용하여 제조된 마이크로공학적 스위치는 이미지 센서 포토다이오드 배열내의 스위칭 요소로서 이용된다. 이러 경우에, 각각의 이미지 센서 픽셀은 이미지 센서 배열의 어드레싱을 가능하게 하도록 포토다이오드로부터의 또는 포토다이오드로의 전하의 통과를 제어하기 위해 포토다이오드 및 연관된 마이크로공학적 스위치를 포함한다. 이것은 포토다이오드와 스위치가 일체형으로 형성된 상부 접촉부(8)와 빔(12)을 통해 전기적으로 상호연결됨으로써 달성된다.The microengineered switch fabricated using the method of the present invention is used as a switching element in the image sensor photodiode array. In this case, each image sensor pixel includes a photodiode and associated microengineered switch to control the passage of charge from or to the photodiode to enable addressing of the image sensor array. This is achieved by electrically interconnecting the beam 12 with the top contact 8, where the photodiode and the switch are formed integrally.

마이크로공학적 스위치를 이용하여 달성될 수 있는 감소된 온-레지스턴스 및 증가된 오프-레지스턴스는 판독될 수 있는 포토다이오드상에 저장되는 전하의 양의 증가를 가능하게 하고, 그에 의해 판독 기간 후 약간의 전하가 포토다이오드상에 남아있는 소위 메모리 효과에서의 감소 또는 증가된 작동 속도를 가능하게 한다. 마이크로공학적 스위치의 사용은 이미지 센서 배열의 작동 성능을 더욱 향상시키는 TFTs 또는 스위칭 다이오드에 비해 디바이스의 출력 용량의 감소를 또한 가능하게 한다. 마이크로공학적 스위치는 또한 광감응성(photosensitivity)을 갖지 않고, 그에 의해 그런 디바이스를 입사 광학 신호로부터 보호할 필요가 없게 된다.Reduced on-resistance and increased off-resistance, which can be achieved using micro-engineering switches, enable an increase in the amount of charge stored on the photodiode that can be read, thereby causing some charge In the so-called memory effect that remains on the photodiode. The use of microengineered switches also makes it possible to reduce the output capacity of the device compared to TFTs or switching diodes that further improve the operational performance of the image sensor arrangement. Microengineered switches also do not have photosensitivity, thereby eliminating the need to protect such devices from incident optical signals.

도 3은 마이크로공학적 스위치가 접촉부(8)와 빔(12)을 구성하는 금속 층을 통해 포토다이오드와 직렬로 전기적으로 연결되는 개개의 픽셀 회로 구조를 한정하는 박막 다이오드(20)와 마이크로공학적 스위치(10)를 나란히 도시한다. 도 1 및 도 2와 같은 참조 번호가 사용되고 두 개의 디바이스(10,20) 사이에 층이 공유되는 것은 쉽게 인식될 수 있다. 도 3은 또한 최종 디바이스에서 마이크로공학적 스위치(10)를 보호하기 위해 선택적 보호 층(19)을 도시한다. 이 층(19)은 스페이서(spacer)로서 기능하는 페시베이션 층(7) 위의 상단 접촉 층(8)의 부분(11)의 평평한 최상단 표면상에 장착된 미리 형성된 유리 마이크로쉬트(microsheet)를 포함할 수 있다.Figure 3 shows a thin-film diode 20 and a micro-engineering switch (not shown) which define individual pixel circuit structures in which a micro-engineering switch is electrically connected in series with the photodiode through a contact layer 8 and a metal layer constituting the beam 12. [ 10) side by side. It will be readily appreciated that the same reference numerals as in Figs. 1 and 2 are used and that the layer is shared between the two devices 10,20. Figure 3 also shows a selective protective layer 19 for protecting the micro-engineering switch 10 in the final device. This layer 19 comprises a preformed glass microsheet mounted on the flat top surface of the portion 11 of the top contact layer 8 on the passivation layer 7 functioning as a spacer can do.

그의 본래 상태에서, 마이크로공학적 스위치의 빔(12)의 위치는 도 3에 도시되듯이 접촉부(16A,16B)가 전기적으로 단절되어 스위치는 유효하게 개방되어 있다. 작동 전압 신호가 전극(16C)에 인가되면 빔(12)은 정전기적 인력 효과에 의해 아래로 선회하여 빔(12)의 돌기부(18)는 전극(16B)에 접촉하고, 그에 의해 스위치를 닫고 전극(16A,16B)을 전기적으로 연결한다. 작동 신호가 제거될 때, 빔은 그의 최초의, 느슨해진 구조로 되돌아간다. 전형적인 예로서, 빔은 길이에서 약 20㎛일 수 있고, 돌기부(18)와 전극(16B) 사이의 틈은 느슨해진 상태에서 약 1.5㎛이고, 빔의 선회적 디펙션(pivotal defection)의 크기는 약 8도이다.In its original state, the position of the beam 12 of the microengineered switch is such that the contacts 16A and 16B are electrically disconnected as shown in Fig. 3 so that the switch is effectively open. When the operating voltage signal is applied to the electrode 16C, the beam 12 is pivoted down by the electrostatic attraction effect so that the projection 18 of the beam 12 contacts the electrode 16B, thereby closing the switch, (16A, 16B) are electrically connected. When the actuation signal is removed, the beam returns to its original, loosened structure. As a typical example, the beam may be about 20 microns in length, the gap between the protrusion 18 and the electrode 16B is about 1.5 microns in a relaxed state, and the size of the pivotal defection of the beam is It is about 8 degrees.

도 4 및 도 5는 이미지 센서에서의 도 3의 다이오드-스위치 장치의 사용을 예시한다. 도 4는 광 검출 요소로서 포토다이오드를 이용하는 이미지 센서의 기본적 작동 원칙을 예시한다.Figures 4 and 5 illustrate the use of the diode-switch arrangement of Figure 3 in an image sensor. Figure 4 illustrates the basic operating principle of an image sensor using a photodiode as the light detecting element.

도 4에 도시되듯이, 전자기 방사(R)는 가시광선을 포함할 수도 있는 전자기 방사(R)에 반응하는 광감응성 다이오드(30)에 입사한다. 단일 광감응성 요소는 다이오드(30)의 기생(parasitic) 또는 자기-정전용량을 나타낼 수 있는 축전기(32)와 병렬인 것으로 도 4에서 도시되거나 검출기(detector)의 동적 범위(dynamic range)를 향상시키기 위해 추가적 축전기를 포함할 수 있다. 다이오드의 음극(cathode)(30a)은 공통 라인(34)에 연결되는 반면, 다이오드(30)의양극(anode)(30b)은 관련된 스위칭 요소(36)의 제1 단자에 연결된다. 스위치(36)의 제2 단자는 판독 증폭기(38)에 연결된다. 도 4의 회로는 단일 이미지 센서 픽셀에 대한 구성요소 배치도를 나타낸다.As shown in Fig. 4, the electromagnetic radiation R is incident on a photosensitive diode 30 responsive to electromagnetic radiation R, which may include visible light. The single photo sensitive element is shown in Figure 4 as being in parallel with the capacitor 32 that may exhibit parasitic or self-capacitance of the diode 30 or may be used to enhance the dynamic range of the detector And may include additional capacitors. The cathode 30a of the diode is connected to the common line 34 while the anode 30b of the diode 30 is connected to the first terminal of the associated switching element 36. [ The second terminal of the switch 36 is connected to the read amplifier 38. The circuit of Figure 4 shows a component placement diagram for a single image sensor pixel.

도 4의 회로가 포토다이오드상의 입사 광을 나타내는 출력을 제공하는 것을 가능케 하는 하나의 가능한 구동 구조(drive scheme)가 이제 설명될 것이다.One possible drive scheme that allows the circuit of FIG. 4 to provide an output representing the incident light on the photodiode will now be described.

어드레스 기간의 처음에 스위치(36)는 닫히고 축전기(32)는 단자(34)의 전압과 증폭기(38)에 의해 제공되는 전압의 차이에 의해 결정되는 최초 값으로 충전된다. 예를 들면, 단자(34)는 5볼트에 있을 수 있는 반면 증폭기는 포토다이오드의 양극을 0볼트로 구동한다. 포토다이오드 축전기(32)는 그에 의해 5볼트의 최초 전압으로 충전되고, 포토다이오드는 역 바이어스된다(reverse-biased). 후속적 광 검출 작동 동안, 어떤 전류도 단자(34)로 또는 단자로부터 흐를 수 없도록 스위치(36)는 개방된다. 이 시간 동안, 포토다이오드(30)에 입사하는 광은 화살표(39)에 의해 표시되는 축전기(32)의 방전의 원인이 되는 소수 캐리어(포토) 전류의 생산을 야기한다. 광 검출 작동의 마지막에서, 포토다이오드 양단의 전압은 입사광의 강도의 함수로서 강하할 것이다. 전압 강하의 양을 측정하기 위해서, 스위치(36)는 다시 닫히고 축전기(32)를 재충전하기 위해 단자(34)로부터 흐르는 전류는 증폭기(38)에 의해 측정된다.At the beginning of the address period the switch 36 is closed and the capacitor 32 is charged to an initial value which is determined by the difference between the voltage at the terminal 34 and the voltage provided by the amplifier 38. For example, the terminal 34 may be at 5 volts while the amplifier drives the photodiode anode at zero volts. The photodiode capacitor 32 is thereby charged to an initial voltage of 5 volts, and the photodiode is reverse-biased. During a subsequent light sensing operation, the switch 36 is opened such that no current can flow to or from the terminal 34. During this time, the light incident on the photodiode 30 causes the production of a minority carrier (photo) current which is responsible for the discharge of the capacitor 32, indicated by arrow 39. At the end of the photodetection operation, the voltage across the photodiode will drop as a function of the intensity of the incident light. To measure the amount of voltage drop, the switch 36 is closed again and the current flowing from the terminal 34 to recharge the capacitor 32 is measured by the amplifier 38.

다양한 대안적 픽셀 구조와 구동 구조가 있는데 이것들은 당업자들에게 명백해질 것이다. 본질적으로, 포토다이오드 정전용량의 방전이 광 검출 기간 동안 일어나도록 스위치(36)는 포토다이오드가 전기적으로 단절될 수 있게 할 필요가 있다.There are a variety of alternative pixel structures and driving structures, which will be apparent to those skilled in the art. Essentially, the switch 36 needs to allow the photodiode to be electrically disconnected so that the discharge of the photodiode capacitance occurs during the photodetection period.

도 5는 스위치(36)로서 작용하는 마이크로공학적 스위치(10)를 갖는 넓은 영역 2-차원 이미지 센서 배열로 된 도 4의 픽셀 구조의 구현을 도시한다. 이 배열은 개개의 픽셀의 행(row)과 열(column)을 포함하고, 각각의 픽셀은 모든 픽셀에 의해 공유되는 공통 단자(34)와 전하 감응성 판독 증폭기(38) 사이에 전기적으로 직렬로 연결된 포토다이오드(20)와 마이크로공학적 스위치(10)를 포함한다. 행 구동기 회로(40)는 스위치를 개방하고 닫기 위해서 마이크로공학적 스위치의 전극(16C)에 인가되는 작동 신호를 생성하기 위해 제공된다. 종래와 같이, 배열의 픽셀은 한번에 한 행씩 순차적으로 어드레스된다. 픽셀은 전형적으로 200㎛의 피치(pitch)를 갖고 이미지 검출기가 인간 또는 동물 몸체 영역의 진단상의 x-선 이미지를 탐지하기 위해 이용될 수 있는 곳에서 요구되는 해상도를 얻기 위해서 배열은 400mm ×400mm까지의 전체 크기를 가질 수 있다. 전형적으로, 명확함을 위해 배열의 단지 일부분이 도 5에 도시되었지만 배열은 픽셀의 2,000 ×2,000 배열일 수 있다. x-선 이미지 검출기의 경우, 전자기 방사(R)는 입력으로서 x-방사를 갖고 출력으로서 다이오드에 의해 탐지되는 가시광선을 제공하는 (도시되지 않는) 에너지 변환 층(energy conversion layer)으로부터 공급될 수 있다. 그런 경우, 에너지 변환 층은 인광 층(phosphor layer), 예를 들면 탈륨-불순물첨가 세슘 요오드화물(thallium-doped caesium iodide)일 수 있다.Fig. 5 shows an implementation of the pixel structure of Fig. 4 in a wide area two-dimensional image sensor arrangement with a micro-engineering switch 10 acting as a switch 36. Fig. This arrangement includes rows and columns of individual pixels and each pixel is electrically connected in series between the common terminal 34 shared by all the pixels and the charge sensitive read amplifier 38 A photodiode 20 and a micro-engineering switch 10. The row driver circuit 40 is provided to generate an actuating signal applied to the electrode 16C of the microengineered switch to open and close the switch. As in the prior art, the pixels of the array are sequentially addressed one row at a time. The pixels have a pitch of typically 200 mu m and the arrangement can be up to 400 mm x 400 mm to obtain the required resolution where the image detector can be used to detect diagnostic x-ray images of human or animal body regions Lt; / RTI > Typically, although only a portion of the array is shown in FIG. 5 for clarity, the array may be a 2,000x2,000 array of pixels. In the case of a x-ray image detector, the electromagnetic radiation R can be supplied from an energy conversion layer (not shown) which has x-radiation as input and provides visible light that is detected by the diode as an output have. In such a case, the energy conversion layer may be a phosphor layer, for example a thallium-doped cesium iodide.

픽셀 능동 매트릭스 스위칭 기능을 위해 마이크로공학적 스위치를 이용하는 것은 별문제로 하고, 배열은 일반적으로 그의 일반적 작동 방식의 면에서 포토다이오드를 이용하는 이미지 검출 배열의 알려진 형태와 비슷하다.Apart from the use of micro-engineering switches for the pixel active matrix switching function, the arrangement is generally similar to the known type of image sensing arrangement which uses a photodiode in terms of its general mode of operation.

픽셀을 회로(40,38) 및 공통 단자(34)와 상호연결하는 어드레스 라인은 기판상에 증착되는 전도성 물질로부터 형성된다는 것을 이해할 것이다. 그래서 스위치 제어 전극(16C)은 포토다이오드의 하단 접촉 층(4)을 위해 사용되는 것과 같은 증착된 금속 층으로부터 한정되는 한 세트의 행 어드레스 전도체의 일체형 연장부를 포함할 수 있다. 열 어드레스 전도체의 세트는 다른 증착된 전도성 층, 예를 들면 상단 접촉 층(8)을 제공하기 위해 사용되는 층으로부터, 포토다이오드의 하단 접촉부는 제1 세트와 연결되는 일체형 연장부를 가지며, 스위치 접촉부(16B)는 제2 세트와 연결되는 일체형 연장부를 갖도록 그 층을 적당하게 패터닝함으로써, 비슷하게 형성될 수 있다. 절연 물질이 행과 열 전도체의 세트 사이에서 그들의 교차점에 제공되고 이것은 페시베이션 층(7)을 형성하기 위해 증착되는 물질에 의해 제공될 수 있다.It will be appreciated that the address lines interconnecting the pixels with the circuits 40, 38 and the common terminal 34 are formed from a conductive material deposited on the substrate. The switch control electrode 16C may thus include an integral extension of a set of row address conductors defined from a deposited metal layer such as that used for the bottom contact layer 4 of the photodiode. The set of column address conductors has an integral extension extending from the layer being used to provide another deposited conductive layer, for example the top contact layer 8, the bottom contact of the photodiode being connected to the first set, 16B may similarly be formed by suitably patterning the layer with an integral extension connected to the second set. An insulating material is provided at their intersection between the row and the set of thermal conductors and this can be provided by the material deposited to form the passivation layer (7).

도 2a 내지 도 2e와 연관되어 설명된 처리와 관련하여, 어떤 환경에서 도 2e에 도시된 공간(14)을 형성하기 위해 사용되는 습식 에칭의 결과로서 문제점이 발생할 수 있다. 습식 에칭 공정에서 사용되는 액체는 점성이고 이것은 빔(12)이 액체에서 움직일 때 휘거나 끊어지게 한다. 건조 또한 문제가 될 수 있는데, 클리닝 작용에서 사용되는 물이 빔(12) 아래에 남겨져서 건조되는 동안 물이 점차 작아질 때 거품(bead)을 형성하는 경향이 있어 표면 장력이 빔을 변형시키기 때문이다. 빔(12)은 또한 디바이스의 넓은 영역 배열이 다이싱되고(diced) 패키지되거나(packaged) 상호연결부가 집적된 회로 디바이스의 에지에 형성될 때물리적 손상을 받을 수 있다. 빔(12)을 위한 물질은, 이용되는 넓은 영역, 박막 처리와 양립해야 할 뿐만 아니라 또한 스위치의 전기적 특성을 한정하는 전기적 요구조건 뿐만 아니라 인가되는 작동 신호에 의해 빔(12)의 올바른 변형을 위한 기계적 요구조건 또한 만족시켜야 하기 때문에 이러한 문제점을 해결할 때 어려움이 발생한다.With regard to the process described in connection with Figs. 2A-2E, problems may arise as a result of the wet etch used to form the space 14 shown in Fig. 2E in some circumstances. The liquid used in the wet etching process is viscous, which causes the beam 12 to bow or break as it moves in the liquid. Drying can also be problematic because the water used in the cleaning action tends to form a bead when the water becomes smaller as the water is left under the beam 12 to dry and the surface tension deforms the beam to be. The beam 12 may also be subject to physical damage when the wide area arrangement of the device is diced and packaged and interconnects are formed at the edge of the integrated circuit device. The material for the beam 12 should not only be compatible with the large area used, the thin film processing, but also the electrical requirements that define the electrical properties of the switch, as well as the electrical requirements for the correct deformation of the beam 12 The mechanical requirements also have to be met, which presents difficulties in solving these problems.

마이크로공학적 스위치의 다른 실시예 및 그의 제작 방법은 이제 설명될 것이고 상기 실시예 및 제작 방법과 관련하여 도 6a 내지 도 6g가 임의의 상기 문제점들을 해결하는데 기여하는 마이크로공학적 스위치 제조의 부가적 방법 단계를 예시한다. 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명된 단계는 패터닝된 희생 층으로 스위치 영역을 한정하도록 우선 수행된다. 그 다음, 유전체 물질로 된 지지 층(50)이 접촉 빔을 기계적으로 지지하기 위해 스위치의 희생 층 위로 증착되며 패터닝된다. 도 6a는 도 6b의 라인 A-A를 따라 취해진 단면도를 도시하며, 도 6b는 제작 공정의 상기 단계에서의 평면도를 도시한다. 상기 평면도로부터 알 수 있는 바와 같이, 지지 층(50)은 여기서 도면 번호 '52'인 희생 층의 외주 에지 위로 연장한다. 상기 층(52)은 이전 실시예의 층(5)에 상응한다. 지지 층(50)에는 상기 지지 층을 완전히 관통하는 일련의 개구부(54)가 제공되는데, 이하에서 자명해 지는 바와 같이, 상기 일련의 개구부는 습식 에칭제(etchant)가 희생 층(52)에 접근하도록 접촉 빔의 의도된 위치로부터 멀리 하지만 희생 층(52) 위로 위치된다. 지지 층(50)에는 접촉 전극(16c)과 정렬된 부가적 개구부(56)가 또한 제공되는데, 상기 접촉 전극(16c)은 도 2d를 참조하여 설명된 접촉 돌기부(18)를 형성하기 위해 이용된다.Other embodiments of the microengineered switch and its fabrication method will now be described and the additional method steps of fabricating the microengineered switch in conjunction with the embodiment and fabricating method in which Figures 6A-6G contribute to solving any of the above problems For example. The steps described with reference to Figures 2A and 2B are performed first to define the switch region as a patterned sacrificial layer. A support layer 50 of dielectric material is then deposited and patterned over the sacrificial layer of the switch to mechanically support the contact beam. FIG. 6A shows a cross-sectional view taken along line A-A of FIG. 6B, and FIG. 6B shows a plan view at this stage of the fabrication process. As can be seen from the above plan view, the support layer 50 extends over the outer circumferential edge of the sacrificial layer, here the reference numeral 52 '. The layer 52 corresponds to layer 5 of the previous embodiment. The support layer 50 is provided with a series of openings 54 that completely pass through the support layer, as will become apparent below, the series of openings is such that a wet etchant approaches the sacrificial layer 52 But above the sacrificial layer 52, away from the intended position of the contact beam. The support layer 50 is also provided with additional openings 56 aligned with the contact electrodes 16c which are used to form the contact protrusions 18 described with reference to Figure 2D .

도 6c는 상단 접촉 층(6)에 오목부(17)가 제공된 도 2c에 상응하나, 이번에는 개구부(56)를 통해 에칭할 때 마스크로서 지지층(50)을 이용한다.Fig. 6C corresponds to Fig. 2C where recesses 17 are provided in the top contact layer 6, but this time using the support layer 50 as a mask when etching through the openings 56. Fig.

상단 접촉 층(8)은 이전에 기술된 바와 같이 형성되며, 습식 에칭을 이용하여 희생층을 제거한 후 도 6d에 도시된 구조가 된다. 상기 에칭제는 희생층을 구성하는 ITO 상단 접촉 층과 다이오드구조의 비결정 실리콘 층을 제거하고 지지 층(50)을 제자리에 남겨두도록 선택된다. 이 지지 층은 상단 접촉 층(8)의 금속보다 큰 강성을 갖는 실리콘 질화물을 포함하는 것이 바람직하다. 희생 층(52)의 제거 후, 지지 층은 사실상 접촉 빔(12)을 지지하는 크레이들(cradle)을 한정한다. 크레이들은 접촉빔(12) 아래에서 연장하고 상기 접촉 빔(12)으로부터, 접촉빔(12)과 기판(2)사이의 공간(14)을 연결하는(bridge) 외주 벽(50)까지 측방향으로 연장한다. 도 6e의 평면도에 도시된 바와 같이, 크레이들은 이러한 단계에서 손상되지 않은 채 유지되어 도 6e에 도시되는 상단 및 하단 에지(50a,50b) 뿐만 아니라 도 6d의 단면도에서 볼 수 있는 단부 에지(50c)를 따라 기판과 접촉한다.The upper contact layer 8 is formed as previously described and becomes the structure shown in Figure 6D after removing the sacrificial layer using wet etching. The etchant is selected to remove the ITO top contact layer and the amorphous silicon layer of the diode structure that make up the sacrificial layer and leave the support layer 50 in place. This support layer preferably comprises silicon nitride having a greater stiffness than the metal of the top contact layer 8. After removal of the sacrificial layer 52, the support layer substantially defines a cradle that supports the contact beam 12. The cradles extend laterally up to the outer circumferential wall 50 which extends below the contact beam 12 and which bridges the space 14 between the contact beam 12 and the substrate 2 from the contact beam 12 Extend. As shown in the top view of Figure 6E, the cradles remain untouched at this stage so that the upper and lower edges 50a, 50b shown in Figure 6e, as well as the end edges 50c seen in the cross-section of Figure 6d, As shown in FIG.

이 크레이들은 집적 회로 구성요소를 다이싱하고(dicing) 패키지하는 동안 및 상호연결부를 형성 동안 제 위치에 유지될 수 있다. 대안적으로, 상기 크레이들은 희생 층을 제거하는 습식 에칭 처리의 완료 후 제거될 수 있다. 상기 크레이들은 접촉 빔(12)이 마스크로서 작용한 채 반응성 이온 에칭에 의해 제거될 수 있다. 접촉 빔(12) 아래에 놓인 지지 층(50)의 임의의 물질은 이 반응성 이온 에칭 처리에 의해 제거되지 않을 것이며, 그래서 지지 층은 빔의 바로 밑면에서 유지될 수 있으며, 예컨대 접촉 빔(12)과 정전기적 작동을 위해 사용되는 제어 전극(16c) 사이에 절연체를 제공할 뿐만 아니라 빔에 대한 보강부(reinforcement)를 제공하도록 강화 층으로서의 역할을 한다. 도 6f는 크레이들의 반응성 이온 에칭 후 마이크로공학적 스위치의 구조를 도시하는 평면도이고, 도 6g는 상기 구조의 단면도이다.These cradles can be held in place during dicing and packaging of the integrated circuit components and during formation of the interconnects. Alternatively, the cradles can be removed after completing the wet etch process to remove the sacrificial layer. The cradles can be removed by reactive ion etching while the contact beam 12 acts as a mask. Any material of the support layer 50 underlying the contact beam 12 will not be removed by this reactive ion etching treatment so that the support layer can be held directly beneath the beam, And the control electrode 16c used for electrostatic operation, as well as providing a reinforcement for the beam. FIG. 6F is a plan view showing the structure of a micro-engineering switch after reactive ion etching of crayers, and FIG. 6G is a sectional view of the structure.

포토다이오드와 결합된 것과 유사한 마이크로공학적 스위치는 예를 들면 쉬프트 레지스터 회로(shift register circuit)의 구성 요소로서 행 구동기 회로(row driver circuit)(40) 또는 전하 감응성 증폭기(38) 내에 스위칭 디바이스를 형성하도록 또한 이용될 수 있다. 이러한 경우, 이 회로는 이미지 센서 배열과 같은 기판 위에 집적될 수 있고 동일 증착 층으로부터 나온 픽셀 스위치(10)와 동시에 그리고 상기 픽셀 스위치와 같은 방식으로 제작될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 다중화 회로(multiplexing circuitry)는 행 드라이버 회로(40)와 픽셀의 배열 사이에 및 증폭기(38)와 픽셀의 배열 사이에 제공될 수 있다. 이러한 다중화 회로는 배열의 픽셀과 같은 기판에 또한 마찬가지로 집적될 수 있고 다시 동일한 디자인의 마이크로공학적 스위치를 포함할 수 있다.A microengineered switch similar to that coupled to the photodiode may be used to form a switching device in the row driver circuit 40 or the charge sensitive amplifier 38, for example as a component of a shift register circuit It can also be used. In this case, the circuit can be integrated on a substrate such as an image sensor array and can be fabricated in the same manner as the pixel switch and simultaneously with the pixel switch 10 from the same deposition layer. Alternatively or additionally, multiplexing circuitry may be provided between the row driver circuit 40 and an array of pixels and between the amplifier 38 and an array of pixels. Such a multiplexing circuit can also be similarly integrated in a substrate, such as a pixel in an array, and again comprise a microengineered switch of the same design.

본 발명이 직렬연결된 다이오드 및 스위치를 포함하는 이미지 센서 픽셀 구조에 특히 관계하여 설명되어왔지만, 본 발명은 집적 회로 디바이스를 포함하는 많은 다른 전자 디바이스에 응용될 수 있다. 유사하게, 하나의 특정 픽셀 디자인이 이미지 센서용으로 도시되었지만, 많은 다른 가능성이 있을 수 있다는 것이 당업자에게 자명할 것이다. 본 발명의 방법을 이용하여 제조된 마이크로공학적 스위치 및 포토 다이오드를 구비하는 픽셀을 이용하는 이미지 센서가 예컨대 x-선 이미지 센서, 문서 스캐너 또는 지문 센서 또는 광 이미지가 포착되는(captured) 많은 다른응용에 이용될 수 있다. 본 발명의 방법은 집적 회로 디바이스의 제조 공정에 요구되는 마스크 수의 감소를 가능하게 하며 많은 종래의 스위치 디자인과 비교하여 그 장치의 성능을 향상시킨다.Although the invention has been described with particular reference to an image sensor pixel structure comprising a series connected diode and a switch, the present invention can be applied to many other electronic devices including integrated circuit devices. Similarly, although one particular pixel design is shown for an image sensor, it will be apparent to those skilled in the art that there can be many other possibilities. Image sensors using pixels with micro-engineering switches and photodiodes fabricated using the method of the present invention are useful, for example, for x-ray image sensors, document scanners or fingerprint sensors or many other applications where optical images are captured . The method of the present invention enables a reduction in the number of masks required in the fabrication process of an integrated circuit device and improves the performance of the device compared to many conventional switch designs.

본 특허 출원에 기술된 특정 물질에 대한 다양한 대안은 당업자에게 자명할 것이다. 증착 및 패터닝 공정은 본 출원에서 상세하게 기술되지 않았는데, 그 이유는 이러한 실시 태양이 또한 박막 집적 회로 디자인 기술의 당업자에게 자명하기 때문이다.Various alternatives to the specific materials described in this patent application will be apparent to those skilled in the art. Deposition and patterning processes have not been described in detail in this application because such embodiments are also evident to those skilled in the art of thin film integrated circuit design.

상술한 바와 같이, 본 발명은 전자 디바이스, 더욱 상세하게는 마이크로공학적 스위치를 포함하는 집적 회로 디바이스와 그 제조 방법에 이용된다.As described above, the present invention is applied to an electronic device, and more particularly to an integrated circuit device including a micro-engineering switch and a method of manufacturing the same.

Claims (12)

공통의 기판에 제공되는 복수의 마이크로공학적(micromechanical) 스위치와 복수의 박막 회로 구성요소를 포함하는 집적 회로 디바이스를 제조하는 방법으로서,CLAIMS 1. A method of fabricating an integrated circuit device comprising a plurality of micromechanical switches and a plurality of thin film circuit components provided on a common substrate, 박막 회로 구성요소를 위한 및 마이크로공학적 스위치를 위한 하단 접촉부를 한정하는 하부 전극 패턴을 증착하고(depositing) 패터닝하는(patterning) 단계와,Depositing and patterning a lower electrode pattern for the thin film circuit component and defining a bottom contact for the micro-engineering switch, 상기 하부 전극 패턴 위에 상기 박막 회로 구성요소를 형성하기 위해 구성요소 층을 증착하고 패터닝하는 단계로서, 상기 구성요소 층은 상기 마이크로공학적 스위치에 할당되는 상기 기판의 영역 위에 희생 영역(sacrificial region)을 한정하고 상기 박막 회로 구성요소에 할당되는 상기 기판의 영역 위에 상기 박막 회로 구성요소를 한정하는, 단계와,Depositing and patterning a component layer to form the thin film circuit component on the lower electrode pattern, the component layer defining a sacrificial region over an area of the substrate that is assigned to the micro- And defining the thin film circuit component over a region of the substrate that is assigned to the thin film circuit component; 상부 전극 패턴을 제공하기 위해 전도성 층을 증착하고 패터닝하는 단계로서, 상기 상부 전극 패턴은 상기 박막 회로 구성요소를 위한 상단 접촉부를 한정하고 상기 마이크로공학적 스위치를 위한 접촉 빔(beam)을 한정하며, 상기 접촉 빔 각각은 각각의 희생 영역 위로 연장하는, 단계와,Depositing and patterning a conductive layer to provide an upper electrode pattern, the upper electrode pattern defining a top contact for the thin film circuit component and defining a contact beam for the micro-engineering switch, Each of the contact beams extending over a respective sacrificial area; 각각의 마이크로공학적 스위치의 상기 접촉 빔과 하부 전극 패턴 사이에 스페이스(space)를 한정하기 위해 상기 구성요소 층의 상기 희생 영역을 제거하는 단계를,Removing the sacrificial region of the component layer to define a space between the contact beam and the lower electrode pattern of each micro- 포함하는, 방법./ RTI > 제 1항에 있어서, 상기 박막 회로 구성요소는 다이오드를 포함하는, 방법.The method of claim 1, wherein the thin film circuit component comprises a diode. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 구성요소 층은 PIN 또는 NIP 다이오드 구조와 상부 전극 층을 한정하는, 방법.3. The method of claim 1 or 2, wherein the component layer defines a PIN or NIP diode structure and a top electrode layer. 제 3항에 있어서, 비결정(amorphous) 실리콘 층은 상기 다이오드 구조를 한정하기 위해 증착되는, 방법.4. The method of claim 3, wherein an amorphous silicon layer is deposited to define the diode structure. 제 3항 또는 제 4항에 있어서, 상기 상부 전극 층은 상기 희생 영역에 오목부(well)를 한정하도록 패터닝되어, 상기 희생 영역을 제거한 후, 접촉 돌기부가 상기 접촉 빔의 밑면에 한정되는, 방법.5. The method of claim 3 or 4, wherein the upper electrode layer is patterned to define a well in the sacrificial region so that after the sacrificial region is removed, the contact protrusions are confined to the bottom surface of the contact beam . 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 박막 회로 구성요소를 구성하는 상기 패터닝된 구성요소 층 주위로 페시베이션 층(passivation layer)을 증착하는 단계를 더 포함하는, 방법.6. The method according to any one of claims 1 to 5, further comprising the step of depositing a passivation layer around the patterned component layer constituting the thin film circuit component. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 상부 전극 패턴은 각각의 마이크로공학적 스위치를 위한 캔티레버 빔 구조(cantilevered beam structure)를 한정하도록 패터닝되는, 방법.7. The method of any one of claims 1 to 6, wherein the upper electrode pattern is patterned to define a cantilevered beam structure for each micro-engineering switch. 제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서, 지지 층(support layer)은 상기 접촉 빔을 기계적으로 지지하기 위해서 상기 마이크로공학적 스위치에 할당된 기판의 영역에서 상기 구성요소 층 위에 증착되고 패터닝되는, 방법.8. A device according to any one of the preceding claims, wherein a support layer is deposited and patterned on the component layer in the region of the substrate assigned to the micro-engineering switch to mechanically support the contact beam , Way. 제 8항에 있어서, 상기 희생 영역의 상기 제거는 상기 지지 층을 남겨두는 에칭제(etchant)를 이용하여 실행되는, 방법.9. The method of claim 8, wherein the removal of the sacrificial region is performed using an etchant that leaves the support layer. 제 9항에 있어서, 상기 희생 영역을 제거한 후, 상기 지지 층은, 상기 접촉 빔의 바로 밑면에서 연장하는 강화 층(strengthening layer)을 형성하는 부분을 남겨두기 위해서 마스크(mask)로 상기 접촉 빔을 이용하여 더 에칭되는(etching), 방법.10. The method of claim 9, wherein, after removing the sacrificial region, the support layer includes a contact beam, which is masked with a mask, to leave a portion forming a strengthening layer extending from immediately below the contact beam. Wherein the first etchant is further etched using the second etchant. 픽셀의 배열(array)을 포함하는 이미지 센서로서,An image sensor comprising an array of pixels, 각각의 픽셀은 포토다이오드(photodiode)와 마이크로공학적 스위치를 포함하고, 상기 이미지 센서 디바이스는 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 이용하여 제조되는, 이미지 센서.Each pixel comprising a photodiode and a microengineered switch, wherein the image sensor device is manufactured using the method of any one of claims 1 to 10. 입사하는 X-선 방사를 탐지하기 위한 제 11항에 기재된 이미지 센서 디바이스로서,An image sensor device according to claim 11 for detecting incident X-ray radiation, 상기 이미지 센서 디바이스의 포토다이오드에 의한 탐지를 위해 입사하는 X-선 방사를 광학적 방사로 변환하기 위한 변환 층을 포함하는, 이미지 센서 디바이스.And a conversion layer for converting incident X-ray radiation into optical radiation for detection by a photodiode of the image sensor device.
KR1020017009982A 1999-12-10 2000-12-08 Electronic devices including micromechanical switches KR20020018650A (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB9929133.8A GB9929133D0 (en) 1999-12-10 1999-12-10 Integrated circuit device including micromechanical switches
GB9929133.8 1999-12-10
GB0002445.5 2000-02-04
GBGB0002445.5A GB0002445D0 (en) 1999-12-10 2000-02-04 Electronic devices including micromechanical switches
PCT/EP2000/012376 WO2001043153A1 (en) 1999-12-10 2000-12-08 Electronic devices including micromechanical switches

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20020018650A true KR20020018650A (en) 2002-03-08

Family

ID=10866016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020017009982A KR20020018650A (en) 1999-12-10 2000-12-08 Electronic devices including micromechanical switches

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20020018650A (en)
GB (2) GB9929133D0 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
GB0002445D0 (en) 2000-03-22
GB9929133D0 (en) 2000-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1153405B1 (en) Electronic devices including micromechanical switches
US6323982B1 (en) Yield superstructure for digital micromirror device
EP1132968B1 (en) Imager structure fabrication method
US6552840B2 (en) Electrostatic efficiency of micromechanical devices
EP0056084B1 (en) Electrostatically deformographic switches
US7119940B2 (en) Capacitively coupled micromirror
EP0652596B1 (en) Imager and fabrication thereof
US6344672B2 (en) Guardring DRAM cell
KR100530682B1 (en) Array of photosensitive pixels
EP0795135A1 (en) Conductive plane beneath suspended microstructure
US7633091B2 (en) Structure for an image TFT array for an indirect X-ray sensor
US20020126368A1 (en) Post metal etch clean process using soft mask
US20050094241A1 (en) Electromechanical micromirror devices and methods of manufacturing the same
KR20020018650A (en) Electronic devices including micromechanical switches
US6818898B2 (en) X-ray image sensing device
US6888470B2 (en) Sensing of mirror position in an optical switch
EP1181722B1 (en) Low noise and high yield data line structure for imager
JPH03278480A (en) Thin film semiconductor device
KR100654774B1 (en) X-ray detecter and a method for fabricating the same
KR100730064B1 (en) Fabricating Method of Thin Film Transistor Substrate For Detecting X-ray
KR101456135B1 (en) Device and Method for Sensing Image, Image Sensor and Fabricating Method Thereof
AU717083B2 (en) Thin film actuated mirror array for use in an optical projection system
JPH10116997A (en) Composite device
JPH10132652A (en) Thermal type infrared detection element, thermal type infrared image-pickup element, and its manufacture
JP2008200757A (en) Mems element, and manufacture method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application