KR100256868B1 - 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
박막형 광로 조절 장치의 제조 방법이 개시되어 있다. M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스의 상부에 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층을 형성한다. 그 상부에 제2 금속층, 제3층, 하부 전극층, 제4층 및 상부 전극층을 순차적으로 적층한다. 상부 전극층, 제4층 및 하부 전극층을 패터닝하여 상부 전극, 변형층 및 하부 전극을 형성한다. 하부 전극과 드레인 패드를 연결하는 비어 컨택을 형성하기 위하여 먼저, 변형층, 하부 전극, 제3층 및 제2 금속층을 식각하여 제1 홀을 형성한다. 제1 홀의 상부에 절연층을 적층한 후 식각하여 스페이서를 형성한다. 제1 홀의 내부를 식각하여 제1 금속층의 상부를 노출시킴으로써 비어 홀을 형성한다. 비어 홀의 내부에 리프트-오프 방법에 의해 비어 컨택을 형성한다. 제3층을 패터닝하여 지지층을 형성하고 거울을 형성한다. 제2 금속층이 비어 컨택을 형성할 때 비어 컨택의 직경만큼만 오픈되므로 광원으로부터 입사되는 빛이 완전히 차단되어 액티브 매트릭스에서 광전류가 흐르게 되는 것을 방지한다.
Description
본 발명은 AMA(Actuated Mirror Array)를 이용한 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제2 금속층 중 비어 컨택이 형성되는 부분의 오픈을 최소화하여 액티브 매트릭스에서 광전류(photo current)가 흐르게 되는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
광학 에너지(optical energy)를 스크린 상에 투영하기 위한 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기(spatial light modulator)는 광통신, 화상 처리, 그리고 정보 디스플레이 장치와 같은 다양한 분야에 응용될 수 있다. 통상적으로 이러한 장치들은 광학 에너지를 스크린 상에 표시하는 방법에 따라 직시형 화상 표시 장치(direct-view image display device)와 투사형 화상 표시 장치(projection-type image display device)로 구분된다.
직시형 화상 표시 장치의 예로서는 CRT(Cathode Ray Tube)를 들 수 있는데, 이러한 CRT 장치는 소위 브라운관으로 불리는 것으로서 화질은 우수하나 화면의 대형화에 따라 그 중량과 용적이 증가하여 제조 비용이 상승하게 되는 문제가 있다. 투사형 화상 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display : LCD), DMD(Deformable Mirror Device) 및 AMA를 들 수 있다. 이러한 투사형 화상 표시 장치는 다시 그들의 광학적 특성에 따라 2개의 그룹으로 나뉠 수 있다. 즉, LCD와 같은 장치는 전송 광 변조기(transmissive spatial light modulators)로 분류될 수 있는데 반하여, DMD 및 AMA는 반사 광 변조기(reflective spatial light modulators)로 분류될 수 있다.
LCD와 같은 전송 광 변조기는 광학적 구조가 매우 간단하므로, 얇게 형성하여 중량을 가볍게 할 수 있으며 용적을 줄이는 것이 가능하다. 그러나, 빛의 극성으로 인하여 광효율이 낮으며, 액정 재료에 고유하게 존재하는 문제, 예를 들면 응답 속도가 느리고 그 내부가 과열되기 쉬운 단점이 있다. 또한, 현존하는 전송 광 변조기의 최대 광효율은 1 내지 2 % 범위로 한정되며, 수용 가능한 디스플레이 품질을 제공하기 위해서 암실 조건을 필요로 한다. 따라서, 상술한 문제점들을 해결하기 위하여 DMD 및 AMA와 같은 광 변조기가 개발되었다.
DMD는 5％ 정도의 비교적 양호한 광효율을 나타내지만, DMD에 채용된 힌지 구조물에 의해서 심각한 피로 문제가 발생할 뿐만 아니라, 매우 복잡하고 값비싼 구동 회로가 요구된다는 단점이 있다. AMA는 그 내부에 설치된 각각의 거울들이 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하고, 상기 반사된 빛이 슬릿(slit)이나 핀홀(pinhole)과 같은 개구(aperture)를 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺도록 광속을 조절할 수 있는 장치이다. 따라서, 그 구조와 동작 원리가 간단하며, LCD나 DMD에 비해 높은 광효율(10% 이상의 광효율)을 얻을 수 있다. 또한, 스크린에 투영되는 화상의 콘트라스트(contrast)가 향상되어 밝고 선명한 화상을 얻을 수 있다.
AMA의 각 액츄에이터는 인가되는 전기적인 화상 신호 및 바이어스 신호에 의하여 발생되는 전기장에 따라 변형을 일으킨다. 상기 액츄에이터가 변형을 일으킬 때 그 상부에 장착된 각각의 거울들이 경사지게 된다. 따라서, 상기 경사진 거울들은 광원으로부터 입사된 빛을 소정의 각도로 반사시켜 스크린 상에 화상을 맺을 수 있도록 한다. 상기 각각의 거울들을 구동하는 액츄에이터로서 PZT(Pb(Zr, Ti)O3), 또는 PLZT((Pb, La)(Zr, Ti)O3) 등의 압전 물질이 이용된다. 또한, PMN (Pb(Mg, Nb)O3) 등의 전왜 물질을 사용하여 상기 액츄에이터를 구성할 수도 있다.
이러한 AMA 장치는 크게 벌크형(bulk type)과 박막형(thin film type)으로 구분된다. 상기 벌크형 광로 조절 장치는 Gregory Um 등에게 허여된 미합중국 특허 제5,085,497호에 개시되어 있다. 벌크형 광로 조절 장치는 다층 세라믹을 얇게 절단하여 내부에 금속 전극이 형성된 세라믹 웨이퍼를 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(active matrix)에 장착한 후, 쏘잉 방법으로 가공하고 그 상부에 거울을 설치함으로써 이루어진다. 그러나, 상기 벌크형 광로 조절 장치는 설계 및 제조에 있어서 매우 높은 정밀도가 요구되며, 변형층의 응답이 느리다는 단점이 있다.
이에 따라, 반도체 제조 공정을 이용하여 제조할 수 있는 박막형 광로 조절 장치가 개발되었다. 상기 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허 출원 제97-11058호(발명의 명칭: 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(10)와 액티브 매트릭스(10)의 상부에 형성된 액츄에이터(40)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(10)는, M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(10)의 상부에 적층된 제1 금속층(15), 제1 금속층(15)의 상부에 적층된 제1 보호층(20), 제1 보호층(20)의 상부에 적층된 제2 금속층(25), 제2 금속층(25)의 상부에 적층된 제2 보호층(30), 제2 보호층(30)의 상부에 적층된 식각 방지층(35)을 포함한다. 상기 제1 금속층(15)은 제1 신호(화상 신호)를 전달하기 위한 드레인 패드를 포함한다. 상기 제2 금속층(25)은 티타늄(Ti)으로 이루어진 제1층(25a) 및 질화티타늄(TiN)으로 이루어진 제2층(25b)을 포함한다.
상기 액츄에이터(40)는 상기 식각 방지층(35) 중 아래에 드레인 패드가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(80)을 개재하여 액티브 매트릭스(10)의 하부와 평행하게 형성된 단면을 갖는 지지층(45), 지지층(45)의 상부에 적층된 하부 전극(50), 하부 전극(50)의 상부에 적층된 변형층(55), 변형층(55)의 상부에 적층된 상부 전극(60), 그리고 상기 변형층(55)의 일측으로부터 하부 전극(50), 지지층(45), 식각 방지층(35), 제2 보호층(30) 및 제1 보호층(20)을 통하여 상기 제1 금속층(15)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 홀(70) 내에 상기 하부 전극(50)과 상기 드레인 패드가 연결되도록 형성된 비어 컨택(75)을 포함한다.
상기 상부 전극(60)의 일부에는 상부 전극(60)을 균일하게 작동시켜 광원으로부터 입사되는 빛이 상기 상부 전극(60) 중 변형층(55)의 변형에 따라 변형을 일으키는 부분과 변형되지 않는 부분의 경계에서 난반사되는 것을 방지하기 위한 스트라이프(65)가 형성된다.
이하 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도 2a 내지 2d를 참조하여 설명한다. 도 2a 내지 도 2d에 있어서, 도 1과 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 2a를 참조하면, 내부에 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(10)의 상부에 제1 금속층(15)을 형성한다. 이어서, 상기 제1 금속층(15)을 패터닝하여 그 아래의 MOS 트랜지스터의 게이트(11) 부위를 노출시킨다. 따라서, 상기 제1 금속층(15)은 MOS 트랜지스터의 드레인(12) 및 소오스(13)와 연결된다. 상기 액티브 매트릭스(10)는 실리콘 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(Al2O3) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 제1 금속층(15)은 텅스텐(W)으로 구성되며, 상기 트랜지스터의 드레인(12)으로부터 후에 형성되는 지지층(45)의 일측까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다.
이어서, 상기 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(10)를 보호하기 위하여 상기 제1 금속층(15)의 상부에 제1 보호층(20)을 형성한다. 상기 제1 보호층(20)은 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)를 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition : CVD) 방법을 이용하여 8000Å 정도의 두께로 증착함으로써 형성한다. 상기 제1 보호층(20)은 후속하는 공정 동안 상기 액티브 매트릭스(10)에 내장된 트랜지스터가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
상기 제1 보호층(20)의 상부에는 제2 금속층(25)이 형성된다. 제2 금속층(25)을 형성하기 위하여, 먼저 티타늄(Ti)을 스퍼터링하여 300Å 정도의 두께로 제1층(25a)을 형성한다. 이어서, 상기 제1층(25a)의 상부에 질화티타늄(TiN)을 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 방법을 사용하여 1200Å 정도의 두께를 갖는 제2층(25b)을 형성한다. 상기 제2 금속층(25)은 광원으로부터 입사되는 빛이 반사층인 상부 전극(60) 뿐만 아니라 상부 전극(60)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(10)에 광전류가 흐르게 되는 것을 방지한다. 이어서, 상기 제2 금속층(25) 중 후속 공정에서 비어 컨택(75)이 형성될 부분을 액츄에이터의 지지부에 비하여 크게 식각한다.
상기 제2 금속층(25)의 상부에는 제2 보호층(30)이 적층된다. 제2 보호층(30)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 2000Å 정도의 두께로 형성한다. 상기 제2 보호층(30) 역시 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(10)에 내장된 트랜지스터가 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
상기 제2 보호층(30)의 상부에는 식각 방지층(35)이 적층된다. 식각 방지층(35)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(Low Pressure CVD : LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께로 증착함으로써 형성한다. 상기 식각 방지층(35)은 액티브 매트릭스(10) 및 제2 보호층(30)이 후속되는 식각 공정으로 인하여 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(35)의 상부에는 희생층(40)이 적층된다. 희생층(40)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(Atmospheric Pressure CVD : APCVD) 방법으로 2．0∼3．3㎛ 정도의 두께로 증착하여 형성한다. 이 경우, 상기 희생층(40)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(10)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 스핀 온 글래스(Spin On Glass : SOG)를 사용하는 방법 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : CMP) 방법을 이용하여 상기 희생층(40)이 1．6㎛ 정도의 두께가 되도록 희생층(40)의 표면을 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 상기 희생층(40) 중 아래에 제1 금속층(15)의 드레인 패드가 형성된 부분을 식각하여 상기 식각 방지층(35)의 일부를 노출시킨다.
도 2b를 참조하면, 지지층(45)은 상기 노출된 식각 방지층(35)의 상부 및 희생층(40)의 상부에 적층된다. 상기 지지층(45)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼3000Å 정도의 두께로 증착하여 형성한다. 이어서, 하부 전극(50)을 상기 지지층(45)의 상부에 적층한다. 하부 전극(50)은 백금(Pt), 탄탈륨(Ta), 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 전기 전도성을 갖는 금속을 스퍼터링하여 2000∼4000Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 이어서, 상기 하부 전극(50)을 각각의 화소별로 독립적인 신호를 인가하기 위하여 Iso-Cutting한다. 상기 하부 전극(50)에는 외부로부터 액티브 매트릭스(10)에 내장된 트랜지스터와 제1 금속층(15)의 드레인 패드를 통하여 제1 신호가 인가된다.
상기 하부 전극(50)의 상부에는 PZT 또는 PLZT로 구성된 변형층(55)이 적층된다. 상기 변형층(55)은 졸-겔(sol-gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착 방법을 이용하여 4000∼6000Å, 바람직하게는 4000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 그리고, 상기 변형층(55)을 급속 열처리(Rapid Thermal Annealing : RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 상기 변형층(55)은 상부 전극(60)과 하부 전극(50) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다.
상부 전극(60)은 상기 변형층(55)의 상부에 적층된다. 상부 전극(60)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 또는 백금(Pt) 등의 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 스퍼터링하여 2000∼6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 상부 전극(60)에는 외부로부터 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다. 상기 상부 전극(60)은 전기 전도성 및 반사성이 우수하므로 바이어스 전극의 기능뿐만 아니라 광원으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울의 기능도 함께 수행한다.
계속하여, 상기 상부 전극(60)의 상부로부터 순차적으로 상부 전극(60), 변형층(55), 그리고 하부 전극(50)을 각기 소정의 화소 형상으로 패터닝한다. 이 때, 상기 상부 전극(60)의 일부에는 상부 전극(60)의 작동을 균일하게 하여 광원으로부터 입사되는 빛이 상기 상부 전극(60) 중 변형층(55)의 변형에 따라 변형을 일으키는 부분과 변형되지 않는 부분의 경계에서 난반사되는 것을 방지하기 위한 스트라이프(65)가 형성된다.
도 2c를 참조하면, 상기 변형층(55)의 일측으로부터 변형층(55), 하부 전극(50), 지지층(45), 식각 방지층(35), 제2 보호층(30) 및 제1 보호층(20)을 차례로 식각하여 비어 홀(70)을 형성한다. 비어 홀(70)은 상기 변형층(55)의 일측으로부터 상기 제1 금속층(15)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된다. 이어서, 텅스텐(W), 알루미늄(Al), 또는 티타늄(Ti) 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착시켜 비어 컨택(75)을 형성한다. 비어 컨택(75)은 상기 제1 금속층(15)의 드레인 패드 및 하부 전극(50)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(10)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택(75)을 통하여 하부 전극(50)에 인가된다. 계속하여, 상기 지지층(45)을 소정의 화소 형상으로 패터닝한다.
도 2d를 참조하면, 상기 희생층(40)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 식각하여 에어 갭(80)을 형성한 후, 헹굼 및 건조(rinse and dry) 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 제1 신호는 액티브 매트릭스(10)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택(75)을 통하여 하부 전극(50)에 인가된다. 또한, 상부 전극(60)에는 외부로부터 공통 전극선을 통하여 제2 신호가 인가되어 상부 전극(60)과 하부 전극(50) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극(60)과 하부 전극(50) 사이에 적층되어 있는 변형층(55)이 변형을 일으킨다. 변형층(55)은 상기 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 변형층(55)을 포함하는 액츄에이터(40)는 상방으로 휘어진다. 따라서, 액츄에이터(40) 상부의 상부 전극(60)도 같은 방향으로 경사진다. 광원으로부터 입사되는 빛은 상부 전극(60)에 의해 소정의 각도로 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺는다.
그러나, 상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 도 2a의 'A 부분에 도시한 바와 같이, 액티브 매트릭스(10)로 광전류가 흐르는 것을 방지하기 위해 형성하는 제2 금속층(25)은 비어 컨택(75)이 형성될 부분이 미리 오픈되어 있다. 즉, 얼라인 한계를 고려하여 비어 컨택(75)이 형성될 부분의 제2 금속층(25)은 액츄에이터의 지지부에 비하여 더 크게 미리 오픈되어 있다. 이러한 오픈된 부분으로 빛이 계속 입사하게 되어 액티브 매트릭스(10)에 광전류가 흐르게 된다. 따라서, 박막형 광로 조절 장치의 모듈을 완성한 후, 상기 장치를 구동시키기 위하여 신호를 인가할 때 소자가 오동작을 일으키게 되거나, 신호가 정확하게 인가되지 못하므로 화상의 콘트라스트가 저하된다.
따라서, 본 발명의 목적은 제2 금속층 중 비어 컨택이 형성되는 부분의 오픈을 최소화하여 액티브 매트릭스에서 광전류가 흐르게 되는 것을 방지할 수 있는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치의 단면도이다.
도 2a 내지 2d는 도 1에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시한 장치의 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시한 장치를 BB′선으로 자른 단면도이다.
도 6 내지 도 9는 도 3 내지 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도를 설명하기 위한 단면도들이다.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉
100 : 액티브 매트릭스 105 : 제1 금속층
110 : 제1 보호층 115 : 제2 금속층
115a : 제1층 115b : 제2층
120 : 제2 보호층 125 : 식각 방지층
130 : 희생층 135 : 지지층
140 : 하부 전극 145 : 변형층
150 : 상부 전극 160 : 스페이서
165 : 비어 홀 170 : 비어 컨택
175 : 거울 180 : 에어 갭
200 : 액츄에이터
상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스의 상부에 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계; 상기 제1 금속층의 상부에 제2 금속층을 형성하는 단계; 상기 제2 금속층의 상부에 제3층, 하부 전극층, 제4층 및 상부 전극층을 형성한 후 상부 전극층으로부터 순차적으로 패터닝하여 상부 전극, 변형층 및 하부 전극을 형성하는 단계; 상기 변형층, 상기 하부 전극, 상기 제3층 및 상기 제2 금속층을 식각하여 제1 홀을 형성하는 단계; 상기 제1 홀의 상부에 절연층을 적층한 후 식각하여 스페이서(spacer)를 형성하는 단계; 상기 제1 홀의 내부를 식각하여 상기 제1 금속층의 상부를 노출시킴으로써 비어 홀을 형성하는 단계; 상기 비어 홀의 내부에 리프트-오프 방법을 사용하여 비어 컨택을 형성하는 단계; 그리고 상기 제3층을 패터닝하여 지지층을 형성하는 단계 및 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 외부로부터 전달된 제1 신호는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 비어 컨택을 통해 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상부 전극에는 외부로부터 제2 신호가 인가되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하게 된다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 형성된 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층을 포함하는 상기 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘게 된다. 광원으로부터 입사된 빛을 반사하는 거울은 액츄에이터와 함께 소정의 각도를 가지고 경사진다. 이에 따라서, 거울은 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 있어서, 비어 컨택이 형성될 부분의 제2 금속층을 액츄에이터의 지지부에 비하여 더 크게 미리 오픈시키지 않는다. 제2 금속층은 후속 공정 중 비어 홀을 형성할 때 홀의 직경에 해당하는 크기만을 오픈시킴으로써 광원으로부터 발생되는 빛을 전면적으로 차단할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 4는 도 3에 도시한 장치의 사시도를 도시한 것이며, 도 5는 도 3에 도시한 장치를 BB′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100)와 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(200) 및 거울(175)을 포함한다.
M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 상기 액티브 매트릭스(100)는, 상기 트랜지스터의 드레인 및 소스의 상부와 상기 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 제1 금속층(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), 제2 보호층(120)의 상부에 형성된 식각 방지층(125)을 포함한다. 상기 제1 금속층(105)은 상기 트랜지스터의 드레인으로부터 연장되며 제1 신호를 전달하기 위한 드레인 패드를 포함한다. 상기 제2 금속층(115)은 티타늄으로 이루어진 제1층(115a) 및 질화티타늄으로 이루어진 제2층(115b)을 포함한다.
상기 액츄에이터(200)는 상기 식각 방지층(125) 중 아래에 드레인 패드가 형성된 부분에 일측이 접촉되며 타측이 에어 갭(190)을 개재하여 액티브 매트릭스(100)의 하부와 평행하게 형성된 단면을 가지는 지지층(135), 지지층(135)의 상부에 적층된 하부 전극(140), 하부 전극(140)의 상부에 적층된 변형층(145), 변형층(145)의 상부에 적층된 상부 전극(150), 변형층(145)의 일측으로부터 변형층(145), 하부 전극(140), 지지층(135), 식각 방지층(125), 제2 보호층(120) 및 제1 보호층(110)을 통하여 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드까지 수직하게 형성된 비어 홀(165)의 내부에 형성된 비어 컨택(170)을 포함한다.
또한, 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 지지층(135)은 양측 지지부로부터 평행하게 형성된 2개의 직사각형 형상의 암(arm)들의 사이에 사각형 형상의 평판이 동일 평면상에서 상기 암들과 일체로 형성되어 있는 형상을 갖는다. 상기 지지층(135)의 사각형 형상의 평판의 상부에는 거울(175)이 형성된다. 따라서, 상기 거울(175)은 사각형 모양의 평판의 형상을 갖는다.
이하 본 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6 내지 도 9는 도 3 내지 도 5에 도시한 장치의 제조 공정도를 설명하기 위한 단면도들이다. 도 6 내지 도 9에 있어서, 도 3 내지 도 5와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 6을 참조하면, 내부에 M×N 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 금속층(105)을 형성한다. 액티브 매트릭스(100)는 실리콘(Si) 등의 반도체로 이루어지거나 유리 또는 알루미나(Al2O3) 등의 절연 물질로 구성된다. 제1 금속층(105)은 텅스텐, 티타늄, 그리고 질화티타늄 등으로 구성되며, 상기 트랜지스터의 드레인 영역으로부터 액츄에이터(200)의 지지부까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다. 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 MOS 트랜지스터 및 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드를 통하여 하부 전극(140)에 전달된다.
액티브 매트릭스(100) 및 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(105)의 상부에는 인 실리케이트 유리(Phosphor-Silicate Glass : PSG)를 사용하여 제1 보호층(110)이 형성된다. 제1 보호층(110)은 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition：CVD) 방법을 이용하여 4000∼6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 상기 트랜지스터 및 드레인 패드가 형성된 액티브 매트릭스(100)가 손상되는 것을 방지한다.
상기 제1 보호층(110)의 상부에는 제2 금속층(115)이 형성된다. 제2 금속층(115)은 티타늄을 사용하여 형성한 제1층(115a) 및 제1층(115a)의 상부에 질화티타늄을 사용하여 형성한 제2층(115b)을 포함한다. 상기 제1층(115a)은 티타늄을 스퍼터링하여 300Å 정도의 두께로 형성한다. 상기 제2층(115b)은 질화티타늄을 물리 기상 증착 방법(PVD)을 사용하여 1200Å 정도의 두께를 갖도록 형성한다. 따라서, 상기 제2 금속층(115)은 1500Å 정도의 총 두께를 가지는 것이 바람직하다. 상기 제2 금속층(115)은 광원으로부터 입사되는 광속이 반사층인 상부 전극(150) 뿐만 아니라, 상부 전극(150)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광전류가 흐르게 되는 것을 차단한다.
상기 제2 금속층(115)의 상부에는 제2 보호층(120)이 적층된다. 제2 보호층(120)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 사용하여 6000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제2 보호층(120)은 후속하는 공정 동안 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터 및 액티브 매트릭스(100) 사에 형성된 상기 결과물들이 손상을 입게 되는 것을 방지한다.
상기 제2 보호층(120)의 상부에는 식각 방지층(125)이 적층된다. 식각 방지층(125)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 식각 방지층(125)은 상기 액티브 매트릭스(100) 및 제2 보호층(120)이 후속하는 식각 공정 동안 식각되는 것을 방지한다.
상기 식각 방지층(125)의 상부에는 희생층(130)이 적층된다. 희생층(130)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법으로 2．0∼3．3㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 희생층(130)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 희생층(130)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 상부를 연마함으로써 평탄화시킨다. 이어서, 액츄에이터(200)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 희생층(130) 중 아래에 제1 금속층(105)의 드레인 패드가 형성된 부분을 패터닝하여 상기 식각 방지층(125)의 일부를 노출시킨다.
상기 노출된 식각 방지층(125)의 상부 및 희생층(130)의 상부에 제3층(134)을 적층한다. 제3층(134)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제3층(134)은 후에 지지층(135)으로 패터닝된다.
상기 제3층(134)의 상부에는 전기 전도성이 우수한 금속인 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨(Pt-Ta) 등의 금속을 사용하여 하부 전극층(139)을 형성한다. 하부 전극층(139)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 하부 전극층(139)은 후에 하부 전극(140)으로 패터닝된다. 상기 하부 전극(140)에는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터로부터 전달된 제1 신호가 인가된다.
상기 하부 전극층(139)의 상부에는 제4층(144)이 적층된다. 제4층(144)은 PZT, 또는 PLZT 등의 압전 물질을 사용하여 0．1∼1．0㎛, 바람직하게는 0．4㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제4층(144)은 졸-겔(Sol-Gel)법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법으로 열처리하여 상변이시킨다. 이어서, 제4층(144)을 구성하는 압전 물질을 분극(poling)시킨다. 제4층(144)은 후에 변형층(145)으로 패터닝된다.
상기 제4층(144)의 상부에는 상부 전극층(149)이 적층된다. 상부 전극층(149)은 백금, 알루미늄, 또는 은 등의 전기 전도성 및 반사성을 갖는 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다.
도 7은 하부 전극(140)과 제1 금속층(105)의 드레인 패드를 전기적으로 연결시키는 비어 컨택(170)을 형성한 것을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 상부 전극층(149)의 상부에 제1 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅(spin coating) 방법으로 도포한 후, 상부 전극층(149)이 거울상의 디귿자의 형상을 가지도록 패터닝하여 상부 전극(150)을 형성한다. 상부 전극(150)에는 공통 전극선(도시되지 않음)을 통하여 제2 신호(바이어스 신호)가 인가된다.
상기 제1 포토레지스트를 제거한 후, 상기 패터닝된 상부 전극(150) 및 제4층(144)의 상부에 제2 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 제4층(144)이 상기 상부 전극(150) 보다 약간 넓은 거울상의 디귿자의 형상을 갖도록 패터닝하여 변형층(145)을 형성한다. 계속하여, 상기 제2 포토레지스트를 제거한 후, 상기 상부 전극(150), 변형층(145) 및 하부 전극층(139)의 상부에 제3 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 하부 전극층(139)을 상기 변형층(145) 보다 약간 넓은 거울상의 디귿자의 형상을 갖도록 패터닝하여 하부 전극(140)을 형성한다.
이하, 비어 컨택(170)을 형성하는 방법을 도 8a 내지 도 8d를 참조하여 상세하게 설명한다. 여기서, 도 8a 내지 도 8d는 도 6의 'C' 부분을 확대 도시한 것이다.
도 8a를 참조하면, 상기 결과물의 전면에 제4 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후 이를 노광 및 현상하여 제4 포토레지스트로 이루어진 마스크 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 변형층(145) 및 하부 전극(140)을 식각하여 제1 홀을 형성함으로써 제3층(134)을 노출시킨다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 제3층(134)이 노출된 상기 결과물의 상부에 제5 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후 이를 노광 및 현상하여 제5 포토레지스트로 이루어진 마스크 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제3층(134)으로부터 식각 방지층(125), 제2 보호층(120) 및 제2 금속층(115)을 식각하여 제2 홀을 형성함으로써 제1 보호층(110)을 노출시킨다. 상기 제2 홀은 상기 제1 홀에 비하여 그 직경이 좁다.
제1 금속층이 노출된 결과물 전면에 절연층을 적층한 후, 블랭킷 에치(blanket etch)를 수행하여 스페이서(160)를 형성한다. 상기 절연층은 질화물을 사용하여 형성할 수 있다. 상기 스페이서(160)는 상기 제2 홀의 측벽에 형성된다. 도 8c를 참조하면, 스페이서(160)가 형성된 상기 결과물의 상부에 제6 포토레지스트(도시되지 않음)를 도포한 후 이를 노광 및 현상하여 제6 포토레지스트로 이루어진 마스크 패턴(도시되지 않음)을 형성한다. 이어서, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 이용하여 상기 제1 보호층(110)을 식각하여 비어 홀(165)을 형성함으로써 제1 금속층(105)을 노출시킨다. 상기 비어 홀(165)은 상기 제2 홀에 비하여 직경이 더 좁다. 도 8d를 참조하면, 상기 비어 홀(165)의 내부에 텅스텐, 백금 또는 탄탈륨 등의 금속을 사용하여 리프트-오프를 실시하여 하부 전극(140)과 제1 금속층(105)의 드레인 패드를 전기적으로 연결시키는 비어 컨택(170)을 형성한다.
상기와 같은 방법을 사용하여 비어 컨택(170)을 형성한 경우, 비어 컨택(170)과 제2 금속층(115) 사이에 스페이서(160)가 개재되어 있으므로 비어 컨택(170)과 제2 금속층(115)은 스페이서(160)에 의하여 이격되기 때문에 전기적인 쇼트(short)가 발생하지 않게 된다. 또한, 제2 금속층(115)이 종래와 같이 액츄에이터의 지지부에 비하여 크게 미리 오픈되는 것이 아니라 비어 홀(165)의 직경에 해당하는 크기가 오픈되므로 이 부분을 통하여 광원으로부터 입사되는 빛이 제2 금속층(115)을 투과하여 액티브 매트릭스(100)에 흐르게 되는 것을 원천적으로 방지할 수 있다. 여기서, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드(135) 및 비어 컨택(170)을 통하여 하부 전극(140)에 인가된다.
도 9를 참조하면, 상기 패터닝된 하부 전극(140) 및 비어 홀(165)의 상부에 제7 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 제3층(134)의 양측 지지부로부터 연장된 부분은 상기 하부 전극(140) 보다 약간 넓은 직사각형의 형상을 가지며, 이와 일체로 형성된 제3층(134)의 중앙부는 사각형 형상의 평판으로 형성되도록 패터닝하여 지지층(135)을 형성한다. 즉, 지지층(135)은 양측 지지부로부터 직사각형 형상의 암들이 형성되고, 이러한 암들 사이에 암들보다 넓은 면적을 갖는 사각형 형상의 평판이 동일 평면상에서 상기 암들과 일체로 형성된 형상을 가진다. 이어서, 상기 제7 포토레지스트를 식각하여 제거한다. 상기와 같이 제3층(134)이 패터닝된 결과, 상기 희생층(130)의 일부가 노출된다. 상기 노출된 희생층(130)의 상부 및 상기 지지층(135)의 상부에 제8 포토레지스트(도시되지 않음)를 스핀 코팅 방법으로 도포한 후, 상기 지지층(135) 중 중앙부인 사각형 형상의 평판이 노출되도록 패터닝한다. 이어서, 상기 사각형 형상의 노출된 지지층(135)의 상부에 은, 백금 또는 알루미늄 등의 금속을 0．3∼2．0㎛ 정도의 두께로 스퍼터링한 후, 상기 사각형 형상의 노출된 지지층(135)의 형상과 동일한 형상을 갖도록 패터닝하여 거울(175)을 형성한다. 계속하여, 상기 제8 포토레지스트 및 상기 희생층(130)을 식각한 후, 세정(rinse) 및 건조(dry)하여 M×N개의 AMA 소자를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 상부 전극(150)에는 외부로부터 인가된 제2 신호가 인가된다. 동시에 외부로부터 인가된 제1 신호는 상기 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터와 드레인 패드 및 비어 컨택(170)을 통하여 하부 전극(140)에 인가된다. 따라서, 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이에 전기장이 발생하며, 이 전기장에 의하여 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이의 변형층(145)이 변형을 일으킨다. 변형층(145)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 따라서, 변형층(145) 및 지지층(135)을 포함하는 액츄에이터(200)는 소정의 각도를 가지고 휘어진다. 광원으로부터 입사되는 광속을 반사하는 거울(175)은 상기 지지층(135)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(200)와 같은 각도로 휘어진다. 이에 따라, 거울(175)은 입사되는 광속을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 광속은 슬릿을 통과하여 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법에 의하면, 비어 컨택이 형성될 부분의 제2 금속층을 액츄에이터의 지지부에 비하여 더 크게 미리 오픈시키지 않는다. 제2 금속층은 후속 공정 중 비어 홀을 형성하는 단계에서 비어 홀의 직경에 해당하는 크기만을 오픈시킴으로써 광원으로부터 발생되는 빛을 전면적으로 차단할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니며 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당업자에 의해 개량이나 변형이 가능하다.
Claims (5)
- M×N(M, N은 정수)개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스의 상부에 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계;상기 제1 금속층의 상부에 제2 금속층을 형성하는 단계;상기 제2 금속층의 상부에 제3층, 하부 전극층, 제4층 및 상부 전극층을 형성한 후 상부 전극층으로부터 순차적으로 패터닝하여 상부 전극, 변형층 및 하부 전극을 형성하는 단계;상기 변형층, 상기 하부 전극, 상기 제3층 및 상기 제2 금속층을 식각하여 제1 홀을 형성하는 단계;상기 제1 홀의 상부에 절연층을 적층한 후 식각하여 스페이서를 형성하는 단계;상기 제1 홀의 내부를 식각하여 상기 제1 금속층의 상부를 노출시킴으로써 비어 홀을 형성하는 단계;상기 비어 홀의 내부에 리프트-오프 방법을 사용하여 비어 컨택을 형성하는 단계; 그리고상기 제3층을 패터닝하여 지지층을 형성하는 단계 및 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 스페이서를 형성하는 단계는 상기 절연층을 블랭킷 에치 방법으로 식각하여 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
- 제2항에 있어서, 상기 스페이서는 상기 제1 홀의 측벽에 형성되는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 비어 컨택을 형성하는 단계는, 상기 비어 홀의 내부에 텅스텐, 백금 또는 탄탈륨을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제2 금속층과 상기 비어 컨택 사이에 상기 스페이서가 개재된 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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1997
- 1997-08-29 KR KR1019970042369A patent/KR100256868B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR19990019067A (ko) | 1999-03-15 |
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