KR19990085596A - Thin film type optical path control device and manufacturing method - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절연기판, MOS 트랜지스터, 확산방지층, 금속층, 하부보호층, 차단층, 상부보호층, 식각방지층등을 포함하는 구동기판과, 일단부가 구동기판에 지지되어 있고, 타단부가 구동기판에 이격되어 있으면서 멤브레인, 하부전극, 변형층, 상부전극 및 비어 컨택등을 포함하는 액츄에이터와, 액츄에이터의 타단부에 지지되어 있고 외주변이 하방으로 연장된 돌출부를 갖는 미러를 포함하는 2층 구조의 박막형 광로조절장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 상기에 제시된 2층 구조의 박막형 광로조절장치에서는 미러의 외주변이 하방으로 연장된 돌출부를 갖는 미러를 형성함으로서, 각각의 미러사이의 틈으로 희생층 제거할 때 잔류응력으로 인하여 미러의 끝이 휘어버리는 현상을 방지할 수 있다.The present invention provides a driving substrate including an insulating substrate, a MOS transistor, a diffusion barrier layer, a metal layer, a lower protective layer, a blocking layer, an upper protective layer, an etch stop layer, one end of which is supported by the driving substrate, and the other end of the driving substrate. Two-layer thin-film type comprising an actuator including a membrane, a lower electrode, a strained layer, an upper electrode, a via contact, etc. spaced apart from each other, and a mirror supported at the other end of the actuator and having a protrusion extending outward from the outer periphery thereof The present invention relates to an optical path adjusting device and a method of manufacturing the same, wherein the two-layer thin film type optical path adjusting device forms a mirror having protrusions extending downward from an outer periphery of the mirror, thereby removing the sacrificial layer by a gap between each mirror. This prevents the tip of the mirror from bending due to residual stress.
Description
본 발명은 제조공정중에 잔류응력으로 인해 미러의 끝부분이 휘어버리는 것을 방지하기 위하여 미러의 외주변을 하방으로 연장된 돌출부를 갖는 미러를 포함하는 2층 구조의 박막형 광로조절장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a two-layer thin film type optical path control apparatus and a manufacturing method including a mirror having a protrusion extending downward of the outer periphery of the mirror in order to prevent the end of the mirror from bending due to residual stress during the manufacturing process. It is about.
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.In general, a spatial light modulator, which is an apparatus for projecting optical energy onto a screen, may be variously applied to optical communication, image processing, and information display apparatus. Such devices are classified into a direct view type image display device and a projection type image display device according to a method of projecting a light beam incident from a light source onto a screen. CRT (Cathod Ray Tube) is a direct type image display device, and liquid crystal display (hereinafter referred to as LCD), DMD (Deformable Mirror Device), or AMA (Actuated) is a projection type image display device. Mirror Arrays).
상술한 CRT 장치는 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.The above-described CRT apparatus is an excellent display apparatus which is guaranteed an average brightness of 100 ft-L (white display) or more, a contrast ratio of 30: 1 or more, a lifetime of 10,000 hours or more. However, since the CRT has a large weight and volume and maintains high mechanical strength, it is difficult to make the screen completely flat, which causes distortion of the peripheral part. In addition, since CRTs excite phosphors with an electron beam to emit light, there is a problem that a high voltage is required to produce an image.
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.Therefore, LCDs have been developed to solve the above-mentioned problems of CRT. The advantages of such LCDs are explained in comparison with CRTs. LCDs operate at low voltages, consume less power, and provide images without distortion.
그러나, 상술한 장점들에도 불구하고 LCD는 광속의 편광으로 인하여 1∼2％의 낮은 광효율을 가지며, 그 내부의 액정물질의 응답속도가 느린 문제점이 있었다.However, despite the advantages described above, the LCD has a low light efficiency of 1 to 2% due to the polarization of the light beam, and there is a problem that the response speed of the liquid crystal material therein is slow.
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.Accordingly, devices such as DMD or AMA have been developed to solve the problems of LCD as described above. Currently, AMA can achieve a light efficiency of 10% or more, while DMD has a light efficiency of about 5%. In addition, the AMA is not only affected by the polarity of the incident luminous flux but also does not affect the polarity of the luminous flux.
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.Typically, the respective actuators formed inside the AMA cause deformation depending on the electric field generated by the applied image signal and bias voltage. When this actuator causes deformation, each of the mirrors mounted on top of the actuator is inclined in proportion to the magnitude of the electric field.
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.Accordingly, these inclined mirrors can reflect light incident from the light source at a predetermined angle. Piezoelectric ceramics such as PZT (Pb (Zr, Ti) O 3 ) or PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ) are used as a constituent material of the actuator for driving the respective mirrors. As the constituent material of the actuator, electrodistorted ceramics such as PMN (Pb (Mg, Nb) O 3 ) may be used.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 2층 구조의 박막형 광로조절장치(100)의 제조방법을 설명하는 단면도를 도시한 것으로, 도 1a에 도시된 바와 같이, 상기 2층 구조의 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.1A to 1F are cross-sectional views illustrating a manufacturing method of a conventional two-layer thin film type optical path control apparatus 100. As shown in FIG. 1A, the two-layer thin film type optical path control apparatus 100 is illustrated. ), The insulating substrate 112, the MOS transistor 120, the diffusion barrier layer 130, the metal layer 140, the lower protective layer 150, the blocking layer 160, the upper protective layer 170, the etch stop layer It starts with preparation of the drive board 110 in which 180 etc. are formed.
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.In the driving substrate 110, the MOS transistor 120 includes a gate oxide layer 121, a gate electrode 122, an interlayer insulating layer 123, a source region 124, a drain region 125, and a field oxide layer 126. ) Is formed. The diffusion barrier layer 130 prevents the silicon of the insulating substrate 112 from diffusing into the metal layer 140. The metal layer 140 includes a drain pad 142 and a source region 124 formed to transmit an electrical signal applied from the drain region 125 of the transistor 120 to the respective actuators 210, which will be described later. ) Is formed as a portion 144 for electrically connecting. The lower protective layer 150 is formed to prevent the blocking layer 160 and the metal layer 140 from being electrically connected to each other. The blocking layer 160 is formed in order to prevent the photocurrent generated by the photoelectric effect from occurring in the metal layer 140 formed thereunder. The upper protective layer 170 is formed to protect the blocking layer 160 and the MOS transistor 120 from being damaged during subsequent manufacturing processes. The etch stop layer 180 is formed to prevent the driving substrate 110 from being damaged during the subsequent etching process.
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 형성한다. 여기에서, 상기 제 1 희생층(190)의 상부표면에 평탄도를 높이기 위하여 CMP(Chemical Mechanical Polishign)방법을 사용하여 평탄화 한다. 이어서, 제 1 희생층(190)의 드레인 패드(142)의 상부에 형성된 부분을 식각하여 후술하는 액츄에이터(210)의 지지부가 형성될 부분(195)을 만든다.Subsequently, as shown in FIG. 1B, a first sacrificial layer 190 made of polycrystalline silicon (poly-Si) material is formed on the driving substrate 110 using low pressure vapor deposition (LPCVD). Here, in order to increase the flatness on the upper surface of the first sacrificial layer 190 is planarized using a chemical mechanical polish (CMP) method. Subsequently, a portion 195 in which the supporting portion of the actuator 210 to be described later is formed is etched by etching the portion formed on the drain pad 142 of the first sacrificial layer 190.
계속하여, 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 희생층(190)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), 하부전극(230)과 동일한 재료로 이루어진 상부전극(250), 하부전극(230)과 드레인 패드(142)을 전기적으로 연결하는 비어 컨택(265)등이 차례로 형성된 액츄에이터(210)를 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 1C, a material having excellent electrical conductivity such as a membrane 220 made of nitride, platinum (Pt), or platinum / tantalum (Pt / Ta) is formed on the first sacrificial layer 190. The lower electrode 230 made of a piezoelectric material such as PZT or PLZT, the upper electrode 250 made of the same material as the lower electrode 230, the lower electrode 230 and the drain pad 142 Via contacts 265 and the like that connect to each other form an actuator 210 formed in this order.
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.Here, looking at the manufacturing process of the actuator 210, first, the membrane 220 made of nitride is formed to a thickness of 0.1 ~ 1.0㎛ using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method.
다음으로, 상기 멤브레인(220)의 상부에 전기도전성이 우수한 금속으로 이루어진 하부전극(230)을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성한다.Next, a lower electrode 230 made of a metal having excellent electrical conductivity is formed on the membrane 220 to a thickness of 0.1 μm to 1.0 μm using a sputtering method.
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.Next, a strain layer 240 made of a piezoelectric material such as PZT or PLZT is formed on the lower electrode 230 to have a thickness of 0.1 μm to 1.0 μm using a sputtering or chemical vapor deposition (CVD) method. Subsequently, the strained layer 240 is phase shifted using a rapid heat treatment (RAT) method.
계속해서, 상기 변형층(240)의 상부에 하부전극(230)과 동일한 전기 도전성이 우수한 물질로 이루어진 상부전극(250)을 스퍼터링 방법을 사용하여 형성한다.Subsequently, an upper electrode 250 made of a material having the same excellent electrical conductivity as that of the lower electrode 230 is formed on the deformation layer 240 by using a sputtering method.
이후, 상기 상부전극(250), 변형층(240), 하부전극(230), 멤브레인(220)이 셀단위의 각각의 액츄에이터로 나뉘어지도록 포토레지스트를 이용하여 각각의 층들을 바람직한 형상으로 패턴한다. 그리고, 드레인 패드(142)가 형성된 부분으로부터 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.Thereafter, the upper electrode 250, the strained layer 240, the lower electrode 230, and the membrane 220 are patterned in a desired shape by using a photoresist so as to be divided into respective actuators in a cell unit. The upper electrode 250, the strained layer 240, the lower electrode 230, the membrane 220, the etch stop layer 180, the upper passivation layer 170, and the lower passivation layer are formed from the drain pad 142. After etching 150 to form a via hole 260, a metal such as tungsten (W), platinum (Pt), aluminum (Al), or titanium (Ti) is formed in the via hole 260. The via contact 265 is formed to electrically connect the lower electrode 230 and the drain pad 142 using a sputtering method.
계속해서, 도 1d에 도시된 바와 같이, 상기 액츄에이터(210)의 상부에 인실리케이트유리(PSG)로 이루어진 제 2 희생층(270)을 대기압 화학기상증착법(APCVD)법을 이용하여 형성한다. 그리고 나서, 상기 제 2 희생층(270)을 부분적으로 식각하여 이후에 형성될 미러(310)이 상기 액츄에이터(210)에 지지될 수 있도록 미러의 지지부분(280)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 1D, a second sacrificial layer 270 made of insulated glass (PSG) is formed on the actuator 210 by using an atmospheric chemical vapor deposition (APCVD) method. Then, the second sacrificial layer 270 is partially etched to form a support portion 280 of the mirror so that the mirror 310 to be formed later can be supported by the actuator 210.
다음으로, 도 1e에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 희생층(270)과 미러의 지지부분(280)의 상부에 반사특성이 우수한 재료을 스퍼터링 방법을 이용하여 증착한 후, 각각의 액츄에이터(210)에 일대일 대응하도록 미러패턴하여 각각의 미러(310)를 형성한다.Next, as illustrated in FIG. 1E, a material having excellent reflection characteristics is deposited on the second sacrificial layer 270 and the support portion 280 of the mirror by using a sputtering method, and then each actuator 210. Each mirror 310 is formed by mirror pattern so as to correspond one to one.
마지막으로, 도 1f에 도시된 바와 같이, 상기 제 2 희생층(270)과 제 1 희생층(190)을 제거하여 AMA 소자를 완성한다.Finally, as shown in FIG. 1F, the ASA device is completed by removing the second sacrificial layer 270 and the first sacrificial layer 190.
그러나, 종래의 2층 구조의 박막형 광로조절장치(100)에서 미러패턴을 통하여 형성된 각각의 미러(310) 사이의 틈을 통하여 제 1 희생층(190)과 제 2 희생층(270)을 제거하는 동안 잔류응력이 발생하여 미러(310)의 끝부분이 휘어버리는 문제점이 발생한다.However, the first sacrificial layer 190 and the second sacrificial layer 270 may be removed through the gap between the mirrors 310 formed through the mirror pattern in the conventional two-layer thin film type optical path control apparatus 100. Residual stress occurs during the problem that the end of the mirror 310 is bent.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명에 따른 2층 구조의 박막형 광로조절장치 및 그 제조방법은 제조공정중에 미러의 지지부분을 형성하기 위한 제 2 희생층의 식각시 각각의 미러패턴이 이루어질 부분까지 부분적으로 식각하여 그 상부에 미러를 형성함으로서, 미러의 외주변이 하방으로 연장되어 돌출부를 갖는 미러를 형성함으로서 잔류응력에 의해 휘어버리는 현상을 방지할 수 있다.The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the two-layer thin film type optical path control apparatus and its manufacturing method according to the present invention is a second sacrificial layer for forming a support portion of the mirror during the manufacturing process By etching partially to the part where each mirror pattern is to be formed at the time of etching, the mirror is formed on the upper part, and the outer periphery of the mirror extends downward to form a mirror having protrusions, thereby preventing the phenomenon of bending due to residual stress. have.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 2층 구조의 박막형 광로조절장치는 절연기판, MOS 트랜지스터, 확산방지층, 드레인 패드와 소오스연결부분으로 이루어진 금속층, 하부보호층, 차단층, 상부보호층, 식각방지층 등이 형성되어 있는 구동기판과, 구동기판의 상부에 일단부가 지지되어 있고 타단부는 일정간격으로 이격되어 있으면서 멤브레인, 하부전극, 변형층, 상부전극 및 비어 컨택이 형성되어 있는 액츄에이터와, 액츄에이터의 타단부에 지지되어 있으면서 외주변이 하방으로 연장된 돌출부를 갖는 미러를 포함한다.In order to achieve the above object, the two-layer thin film type optical path control device of the present invention includes an insulating substrate, a MOS transistor, a diffusion barrier layer, a drain layer, and a metal layer consisting of a source connection portion, a lower protective layer, a blocking layer, and an upper protective layer. And an actuator having one end portion supported on an upper portion of the driving substrate, the other end being spaced at regular intervals, and having a membrane, a lower electrode, a strained layer, an upper electrode, and a via contact formed thereon. And a mirror having a protruding portion which is supported on the other end of the actuator and whose outer periphery extends downward.
상술한 바와 같이 목적을 달성하기 위한 본 발명의 2층 구조의 박막형 광로조절장치를 제조방법은 절연기판, MOS 트랜지스터, 확산방지층, 드레인 패드와 소오스연결부분으로 이루어진 금속층, 하부보호층, 차단층, 상부보호층, 식각방지층 등이 형성되어 있는 구동기판을 준비하는 단계와; 상기 구동기판의 상부에 지지부가 형성된 제 1 희생층을 형성하는 단계와; 상기 제 1 희생층과 지지부의 상부에 멤브레인, 하부전극, 변형층, 상부전극 및 비어 컨택등이 형성된 액츄에이터를 형성하는 단계와; 상기 액츄에이터의 상부에 상기 상부전극이 노출되도록 미러의 지지부분이 식각되어 있고 미러경계부분이 부분적으로 식각되어 단차가 형성된 제 2 희생층을 형성하는 단계와; 상기 제 2 희생층의 상부에 빛반사성재료를 증착하고, 미러경계부분을 식각하는 미러패턴을 통해 각각의 액츄에이터에 일대일대응하도록 미러를 형성하는 단계와; 제 2 희생층과 제 1 희생층을 제거하는 단계를 포함한다.As described above, a method of manufacturing a two-layer thin film type optical path control apparatus of the present invention for achieving the object includes an insulating substrate, a MOS transistor, a diffusion barrier layer, a metal layer consisting of a drain pad and a source connection portion, a lower protective layer, a blocking layer, Preparing a driving substrate on which an upper protective layer, an etch stop layer, etc. are formed; Forming a first sacrificial layer having a support formed on the driving substrate; Forming an actuator having a membrane, a lower electrode, a strained layer, an upper electrode, and a via contact formed on the first sacrificial layer and the support; Forming a second sacrificial layer on which the support portion of the mirror is etched and the mirror boundary portion is partially etched so that the upper electrode is exposed on the actuator; Depositing a light reflective material on the second sacrificial layer, and forming a mirror so as to correspond to each actuator one-to-one through a mirror pattern for etching a mirror boundary portion; Removing the second sacrificial layer and the first sacrificial layer.
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.The above objects and various advantages of the present invention will become more apparent from the preferred embodiments of the invention described below with reference to the accompanying drawings by those skilled in the art.
도 1a 내지 도 1f는 종래의 2층 구조의 박막형 광로조절장치를 제조하기 위한 방법을 설명하는 단면도,1A to 1F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a conventional thin film optical path control apparatus having a two-layer structure;
도 2는 본 발명에 따른 2층 구조의 박막형 광로조절장치를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing a thin film optical path control device having a two-layer structure according to the present invention;
도 3a 내지 도 3f는 본 발명에 따른 2층 구조의 박막형 광로조절장치를 제조하기 위한 방법을 설명하는 단면도.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a thin film optical path control apparatus having a two-layer structure according to the present invention.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>
410 : 구동기판 420 : MOS 트랜지스터 430 : 확산방지층410: driving substrate 420: MOS transistor 430: diffusion barrier layer
440 : 금속층 450 : 하부보호층 460 : 차단층440: metal layer 450: lower protective layer 460: blocking layer
470 : 상부보호층 480 : 식각방지층 490 : 제 1 희생층470: upper protective layer 480: etch stop layer 490: first sacrificial layer
510 : 액츄에이터 520 : 멤브레인 530 : 하부전극510: actuator 520: membrane 530: lower electrode
540 : 변형층 550 : 상부전극 565 : 비어 컨택540: strained layer 550: upper electrode 565: via contact
590 : 제 2 희생층 610 : 미러590: second sacrificial layer 610: mirror
620 : 미러 하방 돌출부620: mirror downward projection
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치를 상세하게 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a thin film type optical path control apparatus according to the present invention.
도 2는 본 발명에 따른 2층 구조의 박막형 광로조절장치(400)를 도시한 단면도로서, 상기 2층 구조의 박막형 광로조절장치(400)는 구동기판(410), 액츄에이터(510) 및 미러(610)로 구성되어 있다.2 is a cross-sectional view showing a two-layer thin film type optical path control apparatus 400 according to the present invention, wherein the two-layer thin film type optical path control apparatus 400 includes a driving substrate 410, an actuator 510 and a mirror ( 610).
상기 구동기판(410)은 절연기판(412), MOS 트랜지스터(420), 확산방지층(430), 금속층(440), 하부보호층(450), 차단층(460), 상부보호층(470), 식각방지층(480)등이 형성되어 있다. 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 제조공정중의 식각공정동안 구동기판(410)이 손상받는 것을 막기 위하여 형성된다.The driving substrate 410 includes an insulating substrate 412, a MOS transistor 420, a diffusion barrier layer 430, a metal layer 440, a lower protective layer 450, a blocking layer 460, an upper protective layer 470, An etch stop layer 480 is formed. The MOS transistor 420 includes a gate oxide layer 421, a gate electrode 422, an interlayer insulating layer 423, a source region 424, a drain region 425, a field oxide layer 426, and the like. The diffusion barrier layer 430 prevents the silicon of the insulating substrate 412 from diffusing into the metal layer 440. The metal layer 440 is a drain pad 442 and a source region 424 formed to transmit an electrical signal applied from the drain region 425 of the transistor 420 to each actuator 510 to be formed later. Are formed as a portion 444 for electrically connecting the plurality of electrodes. The lower protective layer 450 is formed to prevent the blocking layer 460 and the metal layer 440 from being electrically connected to each other. The blocking layer 460 is formed to prevent photocurrent caused by a photoelectric effect on the metal layer 440 formed under the blocking layer 460. The upper protective layer 470 is formed to protect the blocking layer 460 and the MOS transistor 420 from being damaged during subsequent manufacturing processes. The etch stop layer 480 is formed to prevent the driving substrate 410 from being damaged during the etching process during the manufacturing process.
상기 액츄에이터(510)는 일단부가 구동기판(410)에 지지되어 있고 타단부가 구동기판(410)에 일정간격을 두고 이격되어 있으면서 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), 하부전극(530)과 동일한 재료로 만들어진 상부전극(550), 하부전극(530)과 드레인 패드(442)을 전기적으로 연결하는 비어 컨택(565)등이 형성되어 있다. 하부전극(530)은 비어 컨택(565)을 통하여 구동기판(410)의 드레인패드(442)에 전기적으로 연결되어 있으면서 신호전극으로 작용하고, 상부전극(550)은 그라운드(ground)에 전기적으로 연결되어 있음으로서 공통전극으로서 작용한다. 변형층(540)은 하부전극(530)과 상부전극(550)의 사이에 위치하면서, 하부전극(530)에 전기적 신호가 인가되어 하부전극(530)과 상부전극(550) 간의 전압차에 의하여 전기장이 형성되면 압전현상에 의하여 변형하면서 액츄에이터(510)가 구동할 수 있도록 한다.The actuator 510 has a membrane 520, platinum (Pt), or platinum / tantalum (1), one end of which is supported by the driving substrate 410 and the other end of which is spaced apart from the driving substrate 410 by a predetermined distance. A lower electrode 530 made of a material having excellent electrical conductivity such as Pt / Ta, a strained layer 540 made of a piezoelectric material such as PZT or PLZT, an upper electrode 550 made of the same material as the lower electrode 530, and a lower electrode A via contact 565 or the like for electrically connecting the 530 and the drain pad 442 is formed. The lower electrode 530 is electrically connected to the drain pad 442 of the driving substrate 410 through the via contact 565 and serves as a signal electrode, and the upper electrode 550 is electrically connected to ground. It acts as a common electrode. The strained layer 540 is positioned between the lower electrode 530 and the upper electrode 550, and an electrical signal is applied to the lower electrode 530, thereby causing a voltage difference between the lower electrode 530 and the upper electrode 550. When the electric field is formed, the actuator 510 can be driven while deforming by the piezoelectric phenomenon.
상기 미러(610)는 액츄에이터(510)의 타단부에 지지되어 있으면서 상기 액츄에이터(510)의 구동에 의하여 틸트(tilt)됨으로서 광로를 조절하는데, 미러(610)의 외주변이 하방으로 연장되어 있는 돌출부(620)가 형성되어 제조공정중의 잔류응력에 의하여 휘어버리는 현상을 방지할 수 있다.The mirror 610 is supported by the other end of the actuator 510 while being tilted by the driving of the actuator 510 to adjust the optical path, the outer periphery of the mirror 610 extending downwards 620 is formed to prevent the phenomenon due to the residual stress during the manufacturing process.
도 3a 내지 3f는 본 발명과 일치하는 2층 구조의 박막형 광로조절장치(400)의 제조방법을 설명하는 단면도를 도시한 것으로, 도 3a에 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.3A to 3F are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a two-layer thin film optical path control apparatus 400 in accordance with the present invention. As shown in FIG. 3A, the two-layer thin film optical path control apparatus is illustrated. The insulating layer 412, the MOS transistor 420, the diffusion barrier layer 430, the metal layer 440, the lower protective layer 450, the blocking layer 460, and the upper protective layer 470 may be etched. It starts with preparation of the drive board 410 in which the prevention layer 480 etc. are formed.
계속해서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 구동기판(410)의 상부에 다결정 실리콘(poly-Si)재료로 만들어진 제 1 희생층(490)을 저압기상증착법(LPCVD)을 사용하여 형성한다. 여기에서, 상기 제 1 희생층(490)의 상부표면에 평탄도를 높이기 위하여 CMP(Chemical Mechanical Polishign)방법을 사용하여 평탄화 한다. 이어서, 제 1 희생층(490)의 드레인 패드(442)의 상부에 형성되어 부분을 식각하여 액츄에이터(510)의 지지부가 형성될 부분(495)을 만든다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3B, a first sacrificial layer 490 made of polycrystalline silicon (poly-Si) material is formed on the driving substrate 410 by using low pressure vapor deposition (LPCVD). Here, in order to increase the flatness on the upper surface of the first sacrificial layer 490, it is planarized by using a chemical mechanical polish (CMP) method. Subsequently, a portion 495 is formed on the drain pad 442 of the first sacrificial layer 490 to etch the portion to form a support portion of the actuator 510.
계속하여, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 희생층(490)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), 하부전극(530)과 동일한 재료로 만들어진 상부전극(550), 하부전극(530)과 드레인 패드(442)을 전기적으로 연결하는 비어 컨택(565)등이 형성된 액츄에이터(510)을 형성한다.Subsequently, as illustrated in FIG. 3C, a material having excellent electrical conductivity such as a membrane 520, platinum (Pt), or platinum / tantalum (Pt / Ta) made of nitride on the first sacrificial layer 490. The lower electrode 530, the strained layer 540 made of piezoelectric material such as PZT or PLZT, the upper electrode 550 made of the same material as the lower electrode 530, the lower electrode 530 and the drain pad 442 are electrically The actuator 510 is formed to form a via contact 565 or the like connected thereto.
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.Here, looking at the manufacturing process of the actuator 510, first, the membrane 520 made of nitride is formed to a thickness of 0.1 ~ 1.0㎛ using a low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method.
다음으로, 상기 멤브레인(520)의 상부에 전기 도전성이 우수한 금속으로 이루어진 하부전극(530)을 스퍼터링 방법을 이용하여 0.1∼1.0㎛의 두께로 형성한다.Next, a lower electrode 530 made of a metal having excellent electrical conductivity is formed on the membrane 520 to a thickness of 0.1 to 1.0 μm using a sputtering method.
그 다음, 상기 하부전극(530)의 상부에 PZT 또는 PLZT 같은 압저재료로 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.Next, a strain layer 540 made of a piezoelectric material such as PZT or PLZT is formed on the lower electrode 530 to have a thickness of 0.1 to 1.0 μm using a sputtering or chemical vapor deposition (CVD) method. Subsequently, the strained layer 540 is phase shifted using a rapid heat treatment (RAT) method.
계속해서, 상기 변형층(540)의 상부에 하부전극(530)과 동일한 전기 도전성이 우수한 물질로 이루어진 상부전극(550)을 스퍼터링 방법을 이용하여 형성한다.Subsequently, an upper electrode 550 made of a material having the same excellent electrical conductivity as that of the lower electrode 530 is formed on the deformation layer 540 by using a sputtering method.
이후, 상기 상부전극(550), 변형층(540), 하부전극(530), 멤브레인(520)이 셀단위의 각각의 액츄에이터로 나뉘어지도록 포토레지스트를 이용하여 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.Thereafter, the upper electrode 550, the strained layer 540, the lower electrode 530, and the membrane 520 are patterned in a desired shape by using a photoresist so as to be divided into respective actuators in units of cells. The upper electrode 550, the strained layer 540, the lower electrode 530, the membrane 520, the etch stop layer 480, the upper protective layer 470, and the lower protective layer are formed from the portion where the drain pad 442 is formed. After the 450 is sequentially etched to form a via hole 560, a metal such as tungsten (W), platinum (Pt), aluminum (Al), or titanium (Ti) is formed in the via hole 560. The via contact 565 is formed to electrically connect the lower electrode 530 and the drain pad 442 using a sputtering method.
다음으로, 도 3d에 도시된 바와 같이, 상기 액츄에이터(510)의 상부에 다결정 실리콘(poly-Si)로 이루어진 제 2 희생층(590)을 대기압 화학기상증착법(LPCVD)법을 이용하여 증착한다. 그리고 나서, 상기 제 2 희생층(590)은 차후에 형성되는 미러(610)의 지지부분(592)이 형성될 수 있도록 상기 상부전극(550)가 노출될 때까지 식각한 다음, 차후에 미러패턴이 형성되는 부분(594)을 부분적으로 식각하여 단차를 가지도록 형성한다. 여기에서, 앞에서 기술한 두차례의 식각공정 순서를 바꾸어 미러패턴이 형성되는 부분(594)을 먼저 식각한 다음, 미러(610)의 지지부분(592)이 형성될 부분을 식각하는 것도 가능하다.Next, as shown in FIG. 3D, a second sacrificial layer 590 made of poly-silicon (poly-Si) is deposited on the actuator 510 using an atmospheric pressure chemical vapor deposition (LPCVD) method. Then, the second sacrificial layer 590 is etched until the upper electrode 550 is exposed so that the supporting portion 592 of the mirror 610 is formed later, and then the mirror pattern is formed later. The portion 594 is partially etched to form a step. Here, it is also possible to first etch the portion 594 in which the mirror pattern is formed by changing the order of the two etching processes described above, and then etch the portion in which the supporting portion 592 of the mirror 610 is to be formed.
다음으로, 도 3e에 도시된 바와 같이, 지지부분(592)과 미러패턴이 형성되는 부분(594)를 포함한 제 2 희생층(580)의 상부에 알루미늄(Al) 같은 빛반사성재료를 스퍼터링 방법을 이용하여 증착한 후, 각각의 액츄에이터(510)에 일대일 대응하도록 미러(610)의 경계부분을 식각하는 미러패턴을 통하여 각각의 미러(610)를 형성한다. 여기에서 미러패턴에 의해 형성된 미러(610)는 외주변이 하방으로 연장되어 있는 돌출부(620)가 포함한다.Next, as shown in FIG. 3E, a method of sputtering a light reflective material such as aluminum (Al) on top of the second sacrificial layer 580 including the supporting portion 592 and the portion 594 where the mirror pattern is formed. After the deposition by using, each mirror 610 is formed through a mirror pattern for etching the boundary portion of the mirror 610 to correspond to each actuator 510 one-to-one. Here, the mirror 610 formed by the mirror pattern includes a protrusion 620 whose outer periphery extends downward.
마지막으로, 도 3f에 도시된 바와 같이, 미터패턴이 이루어진 각각의 미러(610)의 틈사이로 제 2 희생층(580)과 제 1 희생층(490)을 XeF2를 이용하여 제거하여 AMA 소자를 완성한다.Finally, as shown in FIG. 3F, the AMA device is removed by removing the second sacrificial layer 580 and the first sacrificial layer 490 using XeF 2 between the gaps of the mirrors 610 having the metric pattern. Complete
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로조절장치 및 그 제조방법은 제 2 희생층(590)에 지지부분(592)을 형성하기 위하여 제 2 희생층(590)을 식각하고 미러경계(594)을 부분적으로 식각하여 단차를 가지도록 형성한 다음, 그 상부에 미러(610)을 형성함으로서 외주변이 하방으로 연장되어 있는 돌출부(620)가 포함된 미러(610)를 형성함으로서 제 1 희생층(490)과 제 2 희생층(590)을 제거하는 동안 발생하는 잔류응력으로 인하여 미러(610)가 휘어버리는 현상을 방지할 수 있다.As described above, the thin film type optical path control apparatus and the manufacturing method thereof according to the present invention etch the second sacrificial layer 590 and form a mirror boundary 594 to form the supporting portion 592 in the second sacrificial layer 590. The first sacrificial layer 490 is formed by partially etching to form a step, and then forming a mirror 610 thereon to form a mirror 610 including a protrusion 620 extending downward. ) And the bending of the mirror 610 may be prevented due to the residual stress generated during the removal of the second sacrificial layer 590.
상술한 바와 같이, 본 발명을 도면을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.As described above, although the present invention has been described with reference to the drawings, those skilled in the art may variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
Claims (4)
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