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KR19990002355A - 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Publication number
KR19990002355A
KR19990002355A KR1019970025932A KR19970025932A KR19990002355A KR 19990002355 A KR19990002355 A KR 19990002355A KR 1019970025932 A KR1019970025932 A KR 1019970025932A KR 19970025932 A KR19970025932 A KR 19970025932A KR 19990002355 A KR19990002355 A KR 19990002355A
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KR
South Korea
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layer
metal layer
electrode
upper electrode
lower electrode
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Application number
KR1019970025932A
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Inventor
박철수
Original Assignee
배순훈
대우전자 주식회사
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.)
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Publication date
Application filed by 배순훈, 대우전자 주식회사 filed Critical 배순훈
Priority to KR1019970025932A priority Critical patent/KR19990002355A/ko
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Abstract

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법이 개시되어 있다. 상기 장치는, 스위칭 동작을 수행하는 M×N 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터, 그리고 상기 액츄에이터의 상부에 형성된 거울을 포함한다. 상기 액티브 매트릭스는, 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층, 제1 보호층, 제2 금속층, 그리고 제2 보호층을 포함한다. 상기 액츄에이터는, 상기 제2 보호층의 상부에 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 상기 하부 전극으로부터 상기 제1 금속층의 상기 드레인 패드까지 형성된 제1 비어 컨택, 그리고 상기 상부 전극으로부터 상기 제2 금속층까지 형성된 제2 비어 컨택을 포함한다. 상기 제2 비어 컨택을 통하여 공통 전극인 상기 상부 전극을 제2 금속층에 접지함으로써, 상부 전극과 하부 전극 사이에 안정적인 전기장이 발생하도록 할 수 있다.

Description

박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법
본 발명은 AMA(Actuated Mirror Arrays)를 이용한 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공통 전극인 상부 전극을 광 누설 전류(photo leakage current)를 방지하는 제2 금속층에 연결시킴으로써 상부 전극의 저항을 감소시켜 상부 전극과 하부 전극 사이에 안정적인 전기장이 발생하도록 할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법 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. 상기 광로 조절 장치 또는 공간적 광 변조기를 이용한 화상 처리 장치는 통상적으로 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.
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 제 5,085,497호에 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. 이러한 박막형 광로 조절 장치는 본 출원인이 대한민국 특허청에 특허 출원한 특허출원 제96-52681호(발명의 명칭 : 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법)에 개시되어 있다.
도 1은 상기 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 멤브레인의 평면도를 도시한 것이며, 도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 박막형 광로 조절 장치는 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(1)와 액티브 매트릭스(1)의 상부에 형성된 액츄에이터(60)를 포함한다.
상기 액티브 매트릭스(1)는 액티브 매트릭스(1)의 일측 상부에 형성된 드레인 패드(5), 액티브 매트릭스(1) 및 드레인 패드(5)의 상부에 적층된 보호층(10), 그리고 보호층(10)의 상부에 적층된 식각 방지층(15)을 포함한다.
상기 액츄에이터(40)는 일측이 상기 식각 방지층(15) 중 아래에 드레인 패드(5)가 형성되어 있는 부분에 접촉되며 타측이 에어 갭(20)을 개재하여 식각 방지층(15)과 평행하게 형성된 단면을 갖는 멤브레인(25), 멤브레인(25)의 상부에 적층된 하부 전극(30), 하부 전극(30)의 상부에 적층된 변형층(35), 일측에 스트라이프(55)를 갖고 상기 변형층(35)의 상부에 적층된 상부 전극(40), 그리고 상기 변형층(35)의 일측으로부터 상기 드레인 패드(5)까지 수직하게 형성된 비어 홀(45)의 내부에 형성된 비어 컨택(50)을 포함한다.
상술한 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 하부 전극(30)에 제1 신호(화상 신호)가 인가됨과 동시에 상부 전극(40)에 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되면, 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 변형층(35)이 변형을 일으킨다. 변형층(35)은 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하며, 따라서 액츄에이터(60)는 멤브레인(25)이 형성되어 있는 방향의 반대 방향으로 휘게 된다. 액츄에이터(60)의 상부에 형성된 상부 전극(40)은 거울의 기능도 수행하므로 상기 변형층(35)의 변형에 따라 소정의 각도를 가지고 경사진다. 그러므로, 광원으로부터 입사된 빛은 소정의 각도로 경사진 상부 전극(40)에 의해 반사된 후, 스크린에 투영되어 화상을 맺게 된다.
그러나, 상술한 박막형 광로 조절 장치에서는 상부 전극(40)과 하부 전극(30) 사이에 전기장을 발생시키기 위하여 상부 전극(40)에 공통 전극 배선을 통하여 제2 신호가 인가된다. 즉, 상기 공통 전극 배선이 행 또는 열 방향으로 연장되고 공통 배선에 행 또는 열 방향의 화소에 형성된 상부 전극들이 서로 연결된다. 그러나, 상기 공통 전극 배선은 매우 얇게 형성되기 때문에 그 내부 저항으로 인하여 전압 강하가 일어나 입력단으로부터 상대적으로 거리가 멀어질수록, 또한, 상기 상부 전극(40)이 얇아지는 부분이나 단차가 있는 부분에서 상부 전극(40)에 충분한 제2 신호(바이어스 신호)가 인가되지 못할 가능성이 많아진다. 그 결과, 상부 전극(40), 상부 전극들 사이의 연결 부위, 또는 공통 전극 배선에서 오픈(open)이 발생한 부분 이후에 연결된 화소들의 상부 전극에는 제2 신호가 인가되지 못하여 상부 전극과 하부 전극 사이에 전기장이 발생하지 않게 되어 화소를 사용할 수 없게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 공통 전극인 상부 전극을 광 누설 전류를 방지하는 제2 금속층에 연결시킴으로써, 상부 전극과 하부 전극 사이에 안정적인 전기장이 발생하도록 할 수 있는 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
도 1은 본 출원인의 선행 출원에 기재된 박막형 광로 조절 장치 중 멤브레인의 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 장치를 A­A′선으로 자른 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도이다.
도 4a는 도 3에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도이며, 도 4b는 도 3에 도시한 장치를 C­C′선으로 자른 단면도이다.
도 5a 내지 도 10b는 도 4a 및 도 4b에 도시한 장치의 제조 공정도이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100：액티브 매트릭스 105 : 제1 금속층
110：제1 보호층 115a : 제1층
115b : 제2층 115 : 제2 금속층
120：제2 보호층 125：식각 방지층
130：제1 희생층 135：지지층
140：하부 전극 145：변형층
150：상부 전극 155：제1 비어 홀
160：제1 비어 컨택 165 : 제2 비어 홀
170 : 제2 비어 컨택 175 : 제2 희생층
180：에어 갭 185：액츄에이터
190 : 거울 포스트 195 : 거울
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 스위칭 동작을 수행하는 M×N 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성된 액츄에이터, 그리고 상기 액츄에이터의 상부에 형성된 거울을 포함하는 박막형 광로 조절 장치를 제공한다. 상기 액티브 매트릭스는, 상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성되며 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층, 상기 제1 금속층의 상부에 형성된 제1 보호층, 상기 제1 보호층의 상부에 형성된 제2 금속층, 그리고 상기 제2 금속층의 상부에 형성된 제2 보호층을 포함한다. 상기 액츄에이터는, 상기 제2 보호층의 상부에 형성된 지지층, 상기 지지층의 상부에 형성된 하부 전극, 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층, 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극, 상기 하부 전극으로부터 상기 제1 금속층의 상기 드레인 패드까지 형성된 제1 비어 컨택, 그리고 상기 상부 전극으로부터 상기 제2 금속층까지 형성된 제2 비어 컨택을 포함한다. 바람직하게는, 상기 액츄에이터의 상부에 형성된 상기 거울은 정육각형의 형상을 갖는다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, M×N개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스의 상부에 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계, 상기 제1 금속층의 상부에 제1 보호층을 형성하는 단계, 상기 제1 보호층의 상부에 제2 금속층을 형성한 후 상기 제2 금속층을 패터닝하여 상기 제2 금속층의 일부를 개방하는 단계, 상기 제2 금속층의 상부에 제2 보호층을 형성하는 단계, 상기 제2 보호층의 상부에 액츄에이터를 형성하는 단계, 그리고 상기 액츄에이터의 상부에 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 제공한다. 상기 액츄에이터를 형성하는 단계는, 상기 제2 보호층의 상부에 지지층을 형성하는 단계, 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성한 후 상기 하부 전극을 패터닝하여 상기 하부 전극의 일부를 개방하는 단계, 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, 상기 변형층으로부터 상기 제2 금속층의 상부까지 수직하게 제2 비어 홀을 형성하는 단계, 상기 변형층 및 상기 제2 비어 홀에 의해 노출된 제2 금속층의 상부에 상부 전극 및 제2 비어 컨택을 형성하는 단계, 상기 하부 전극으로부터 상기 제1 금속층의 드레인 패드까지 제1 비어 컨택을 형성하는 단계, 그리고 상기 상부 전극의 일측 상부에 포스트를 갖는 정육각형의 형상의 거울을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 제1 신호(화상 신호)는 액티브 매트릭스에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층의 드레인 패드 및 제1 비어 컨택을 통하여 하부 전극에 인가된다. 동시에, 상부 전극은 제2 비어 컨택을 통하여 상기 제2 금속층에 접지되어 상부 전극과 하부 전극 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이 전기장에 의하여 상부 전극과 하부 전극 사이의 변형층이 변형을 일으킨다. 변형층은 발생한 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 상기 액츄에이터는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 액츄에이터의 상부에 형성된 거울은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 상부 전극과 제2 금속층을 전기적으로 연결시키는 제2 비어 컨택을 액츄에이터의 일측 지지부에 형성하고, 상기 제2 비어 컨택을 통하여 공통 전극인 상부 전극을 제2 금속층에 접지한다. 또한, 하부 전극과 제1 금속층의 드레인 패드를 전기적으로 연결시키는 제1 비어 컨택을 액츄에이터의 타측 지지부에 형성하고, 상기 제1 비어 컨택을 통하여 제1 신호(화상 신호)를 하부 전극에 인가한다. 따라서, 제2 비어 컨택을 통하여 상부 전극과 전기적으로 연결된 제2 금속층을 공통 전극선으로 이용하기 때문에, 공통 전극선을 보다 안정적으로 형성할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법을 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 평면도를 도시한 것이며, 도 4a는 도 3에 도시한 장치를 B­B′선으로 자른 단면도를 도시한 것이며, 도 4b는 도 3에 도시한 장치를 C­C′선으로 자른 단면도를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 4b를 참조하면, 본 발명에 따른 상기 박막형 광로 조절 장치는 액티브 매트릭스(100), 액티브 매트릭스(100)의 상부에 형성된 액츄에이터(185), 그리고 액츄에이터(185)의 상부에 형성된 거울(195)을 포함한다.
외부로부터 제1 신호(화상 신호)를 인가받아 스위칭 동작을 수행하기 위한 M×N 개의 MOS 트랜지스터(도시되지 않음)가 내장된 액티브 매트릭스(100)는, 상기 트랜지스터의 소오스 및 드레인의 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 액티브 매트릭스(100)는 실리콘(Si) 등의 반도체 물질 또는 유리나 알루미나(Al2O3) 등의 절연 물질로 구성된다. 상기 제1 금속층(105)은 상기 제1 신호를 상기 트랜지스터로부터 전달하기 위한 드레인 패드를 포함한다. 상기 제2 금속층(115)은 티타늄으로 이루어진 제1층(115a) 및 질화티타늄으로 이루어진 제2층(115b)을 포함한다.
상기 액츄에이터(185)는 상기 식각 방지층(125) 중 아래에 제1 금속층(105)의 드레인 패드가 형성된 부분에 일측이 접촉되며, 타측이 에어 갭(180)을 개재하여 식각 방지층(125)과 평행하게 형성된 단면을 가지는 지지층(135), 지지층(135)의 상부에 형성된 하부 전극(140), 하부 전극(140)의 상부에 형성된 변형층(145), 그리고 변형층(145)의 상부에 형성된 상부 전극(150)을 포함한다. 또한, 상기 액츄에이터(185)는 상부 전극(150)의 일측에 형성된 거울 포스트(190), 그리고 거울 포스트(190)에 그 중앙부가 지지되며 양측부가 액츄에이터(185)에 대하여 수평하게 형성된 단면을 갖는 거울(195)을 더 포함한다.
상기 지지층(135) 중 드레인 패드가 형성된 부분에 접촉되는 부분의 일측에는, 상기 하부 전극(140)으로부터 지지층(135), 식각 방지층(125), 제2 보호층(120) 및 제1 보호층(110)을 통하여 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드까지 수직하게 제1 비어 홀(155)이 형성된다. 상기 제1 비어 홀(155)의 내부에는 상기 하부 전극(140)과 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드를 전기적으로 연결하기 위한 제1 비어 컨택(160)이 형성된다. 또한, 상기 지지층(135) 중 상기 드레인 패드가 형성된 부분에 접촉되는 부분의 타측에는 상기 상부 전극(150)과 접하는 변형층(145)의 일측 면으로부터 변형층(145), 지지층(135), 식각 방지층(125), 및 제2 보호층(120)을 통하여 상기 제2 금속층(115)까지 수직하게 제2 비어 홀(165)이 형성된다. 상기 제2 비어 홀(165)의 내부에는 상기 상부 전극(150)과 제2 금속층(115)을 전기적으로 연결하기 위한 제2 비어 컨택(170)이 형성된다. 상기 제1 비어 컨택(160) 및 제2 비어 컨택(170)은 모두 액츄에이터(185)의 양측 지지부에 형성된다. 상기 제1 비어 컨택(160)이 형성된 부분의 제2 금속층(115)에는 제2 비어 컨택(170)보다 큰 원형의 구멍(hole)이 형성된다. 이에 따라, 상기 제1 비어 컨택(160)은 제2 금속층(115)과 접촉되지 않는다. 그리고, 상기 하부 전극(140)을 각각의 화소별로 분리하고 상기 하부 전극(140)에 독립적인 제1 신호를 인가하기 위하여, 상기 제1 비어 홀(155)과 인접한 부분 및 제2 비어 홀(165)과 인접한 부분의 하부 전극(140)에 액츄에이터(185)가 형성되는 방향과 나란하게 Iso-Cut이 형성된다.
또한, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 지지층(135)의 일측은 지지층(135)의 중앙부를 중심으로 사각형 형상의 오목한 부분을 가지며, 이러한 오목한 부분이 중심부로 가면서 계단형으로 좁아지는 형상으로 형성된다. 상기 지지층(135)의 타측은 인접한 액츄에이터의 지지층의 계단형으로 좁아지는 오목한 부분에 대응하도록 지지층의 중심부를 향하여 계단형으로 좁아지는 형상의 돌출부를 갖는다. 따라서, 상기 지지층(135)의 돌출부는 인접한 지지층의 오목한 부분에 끼워지고, 상기 지지층(135)의 오목한 부분에 인접한 지지층의 돌출부가 끼워져서 형성된다. 상기 지지층(135)은 상기 선행 출원에 기재된 장치 중 액츄에이터를 지지하는 멤브레인의 기능을 수행한다. 또한, 상기 거울(195)의 평면은 그 중앙부가 상부 전극(150)의 일측 상에 형성된 거울 포스트(190)에 의하여 지지되는 정육각형의 형상을 갖는다.
이하 상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 5a 내지 도 10b는 본 발명에 따른 상기 박막형 광로 조절 장치의 제조 공정도를 도시한 것이다. 도 5a 내지 도 10b에 있어서, 도 3 내지 도 4b와 동일한 부재들에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 내부에 M×N(M, N은 정수) 개의 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 금속층(105)을 형성한다. 이어서, 제1 금속층(105)의 일부를 패터닝하여 그 하부에 있는 MOS 트랜지스터의 게이트 부분을 노출시킨다. 따라서, 상기 제1 금속층(105)은 MOS 트랜지스터의 소오스 및 드레인과 연결된다. 상기 제1 금속층(105)은 텅스텐(W)으로 구성되며, 후속 공정에서 형성되는 지지층(135)의 일측까지 연장되는 드레인 패드를 포함한다. 이어서, 상기 제1 금속층(105) 및 액티브 매트릭스(100)의 상부에 제1 보호층(110)을 형성한다. 제1 보호층(110)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 0．8∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제1 보호층(110)은 후속하는 공정 동안 상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다. 상기 제1 보호층(110)의 상부에는 제2 금속층(115)이 적층된다. 제2 금속층(115)은 티타늄(Ti)으로 구성된 제1층(115a) 및 질화티타늄(TiN)으로 구성된 제2층(115b)을 포함한다. 제1층(115a)은 티타늄을 스퍼터링 방법을 이용하여 300Å 정도의 두께를 가지도록 형성하며, 제2층(115b)은 질화티타늄을 물리 기상 증착(Physical Vapor Deposition : PVD) 방법을 이용하여 1200Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기 제2 금속층(115)은 광원으로부터 입사되는 빛이 거울(195) 뿐만 아니라, 거울(195)이 형성된 부분을 제외한 부분에도 입사됨으로 인하여, 액티브 매트릭스(100)에 광 누설 전류가 흘러 소자가 오동작을 일으키는 것을 방지한다. 이어서, 도 5a에 도시한 바와 같이, 후속 공정에서 형성되는 지지층(135)이 상기 액티브 매트릭스(100) 상에 접촉되는 부분의 일측, 즉, 제1 비어 홀(155)이 형성될 위치를 고려하여, 상기 제1 비어 홀(155)보다 넓게 상기 제2 금속층(115)의 일부를 식각하여 그 하부의 제1 보호층(110)을 노출시킨다. 즉, 상기 제1 비어 홀(155)이 형성될 제2 금속층(115)에는 상기 제1 비어 홀(155)보다 큰 원형의 구멍이 형성된다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 상기 노출된 제1 보호층(110) 및 제2 금속층(115)의 상부에는 제2 보호층(120)이 적층된다. 제2 보호층(120)은 상기 제1 보호층(110)과 동일한 물질인 인 실리케이트 유리(PSG)를 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제2 보호층(120)은 제1 보호층(110)과 마찬가지로 후속하는 공정 동안 상기 MOS 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)를 보호한다. 상기 제2 보호층(120)의 상부에는 식각 방지층(125)이 적층된다. 식각 방지층(125)은 질화물을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 1000∼2000Å 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 식각 방지층(125)은 후속하는 식각 공정 동안 상기 제2 보호층(120) 및 액티브 매트릭스(100)가 식각되는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 상기 식각 방지층(125)의 상부에는 제1 희생층(130)이 적층된다. 제1 희생층(130)은 인 실리케이트 유리(PSG)를 대기압 화학 기상 증착(APCVD) 방법을 이용하여 2．0∼3．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이 경우, 제1 희생층(130)은 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100)의 상부를 덮고 있으므로 그 표면의 평탄도가 매우 불량하다. 따라서, 제1 희생층(130)의 표면을 스핀 온 글래스(SOG)를 사용하는 방법, 또는 CMP 방법을 이용하여 상기 제1 희생층(130)이 약 1. 1㎛ 정도의 두께가 되도록 상부를 연마하여 평탄화시킨다. 이어서, 액츄에이터(185)의 지지부가 형성될 위치를 고려하여 상기 제1 희생층(130)을 패터닝함으로써, 상기 식각 방지층(125) 중 아래에 상기 제2 금속층(115)이 개방된 부분 및 이와 인접한 상기 식각 방지층(125)의 일부를 노출시킨다. 상기 액츄에이터(185)의 양측 지지부에는 각기 후속 공정에서 제1 비어 컨택(160) 및 제2 비어 컨택(170)이 형성된다. 계속하여, 상기 노출된 식각 방지층(125)의 상부 및 제1 희생층(130)의 상부에 제3층(134)을 적층한다. 제3층(134)은 질화물 또는 금속 등의 경질(rigid)의 물질을 저압 화학 기상 증착(LPCVD) 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 제3층(134)은 후에 상기 액츄에이터(185)를 지지하는 지지층(135)으로 패터닝된다. 이어서, 상기 제3층(134)의 상부에 하부 전극층(139)을 적층한다. 하부 전극층(139)은 전기 전도성이 우수한 금속인 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨 등의 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 이와 동시에, 하부 전극층(139)을 Iso-Cutting하여 각각의 화소별로 분리시킴으로써 각 화소들에 독립적인 제1 신호(화상 신호)가 인가되도록 한다. 다음에, 후속 공정에서 형성되는 제2 비어 홀(165)이 형성될 위치를 고려하여, 상기 제2 비어 홀(165)보다 넓게 상기 하부 전극층(139)의 일부를 식각하여 그 하부의 제3층(134)을 노출시킨다. 즉, 상기 제2 비어 홀(165)이 형성될 하부 전극층(139)에는 상기 제2 비어 홀(165)보다 큰 원형의 구멍이 형성된다. 하부 전극층(139)은 후에 제1 신호가 인가되는 하부 전극(140)으로 패터닝된다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 상기 노출된 제3층(134) 및 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-겔법, 스퍼터링 방법, 또는 화학 기상 증착(CVD) 방법을 이용하여 형성한 후, 급속 열처리(RTA) 방법을 이용하여 열처리하여 상변이시킨다. 이어서, 제4층(144)을 구성하는 압전 물질을 분극(poling)시킨다. 제4층(144)은 후에 변형층(145)으로 패터닝되어 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이에 발생하는 전기장에 의하여 변형을 일으킨다. 이어서, 상기 제4층(144) 중 그 하부에 제2 금속층(115)이 개방된 부분과 인접한 부분으로부터 제4층(144), 제3층(134), 식각 방지층(125) 및 제2 보호층(120)을 순차적으로 식각함으로써 제2 비어 홀(165)을 형성한다. 따라서, 상기 제2 비어 홀(165)은 상기 제4층(144)으로부터 제2 금속층(115)까지 수직하게 형성된다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 상기 제4층(144) 및 제2 비어 홀(165)의 상부에 백금, 탄탈륨, 또는 백금-탄탈륨을 사용하여 상부 전극층(149)을 형성한다. 상부 전극층(149)은 스퍼터링 방법을 이용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 가지도록 형성한다. 상기와 같이 금속을 스퍼터링하게 되면, 도 11b에 도시한 바와 같이, 상기 금속이 제2 비어 홀(165)이 형성된 부분을 채우면서 상부 전극층(149)을 형성한다. 따라서, 상기 상부 전극층(149)과 접촉하는 제4층(144)의 일측 면으로부터 제3층(134), 식각 방지층(125) 및 제2 보호층(120)을 통하여 상기 제2 금속층(115)까지 제2 비어 컨택(170)이 형성된다. 그러므로, 상기 제2 비어 컨택(170)은 상기 상부 전극(150)과 상기 제2 금속층(115)을 전기적으로 연결한다. 상기 제2 비어 컨택(170)이 형성된 부분의 하부 전극층(139)에는 제2 비어 컨택(170)보다 큰 원형의 구멍이 형성되어 있으므로, 상기 제2 비어 컨택(170)은 후에 형성되는 하부 전극(140)과 접촉되지 않는다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 상기 상부 전극층(149)의 상부로부터 순차적으로 상부 전극층(149), 제4층(144), 그리고 하부 전극층(139)을 소정의 화소 형상으로 패터닝하여 상부 전극(150), 변형층(145), 및 하부 전극(140)을 형성한다. 이어서, 상기 변형층(145) 중 그 하부에 제2 금속층(115)이 개방된 부분으로부터 상기 변형층(145), 하부 전극(140), 제3층(134), 식각 방지층(125), 제2 보호층(120) 및 제1 보호층(110)을 순차적으로 식각하여 제1 비어 홀(155)을 형성한다. 따라서, 제1 비어 홀(155)은 상기 변형층(145)으로부터 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드의 상부까지 수직하게 형성된다. 계속하여, 상기 제1 비어 홀(155)의 상부에 텅스텐, 알루미늄(Al), 또는 티타늄 등의 전기 전도성이 우수한 금속을 스퍼터링 방법을 이용하여 적층한 후 리프트-오프(lift-off)를 실시하여 상기 제1 비어 홀(155)의 내부에 제1 비어 컨택(160)을 형성한다. 상기 제1 비어 컨택(160)은 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드와 하부 전극(140)을 전기적으로 연결한다. 그러므로, 외부로부터 인가된 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 드레인 패드 및 제1 비어 컨택(160)을 통하여 하부 전극(140)에 인가된다. 상기 제1 비어 컨택(160)이 형성된 부분의 제2 금속층(115)에는 제1 비어 컨택(160)보다 큰 원형의 구멍이 형성되어 있으므로, 상기 제1 비어 컨택(160)은 제2 금속층(115)과 접촉되지 않는다. 이어서, 상기 제3층(134)을 패터닝하여 소정의 화소 형상을 갖는 지지층(135)을 형성한다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 상기 제1 희생층(130)을 플루오르화 수소(HF) 증기를 사용하여 제거한 후, 상기 결과물의 상부에 유동성이 우수한 폴리머 등을 사용하여 제2 희생층(175)을 형성한다. 제2 희생층(175)은 스핀 코팅(spin coating) 방법을 사용하여 상기 제1 희생층(130)이 제거된 부분을 완전히 채우면서 상기 상부 전극(150)을 기준으로 소정의 높이까지 액츄에이터(185)를 덮도록 형성된다. 이어서, 상기 제2 희생층(175)을 패터닝하여 상부 전극(150)의 일측이 노출되게 한다. 상기 노출된 상부 전극(150)의 일측 및 제2 희생층(175)의 상부에 반사성이 우수한 은, 알루미늄, 또는 백금 등의 금속을 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 사용하여 0．1∼1．0㎛ 정도의 두께를 갖는 반사층을 형성한 후, 상기 반사층을 패터닝하여 정육각형의 형상을 갖는 거울(195) 및 거울 포스트(190)를 동시에 형성한다. 상기와 같은 방법에 의해, 광원(도시되지 않음)으로부터 입사되는 빛을 반사하는 거울(195)이 정육각형의 형상을 갖게 하여, 거울(195)이 역학적으로 가장 안정한 구조를 가지게 된다. 계속하여, 상기 제2 희생층(175)을 산소 플라즈마(O2plasma)를 사용하여 제거하여 제2 희생층(175) 및 제1 희생층(130)의 위치에 에어 갭(180)을 형성함으로써 액츄에이터(185)를 완성한다. 이어서, 남아있는 식각 용액을 제거하기 위하여 헹굼 및 건조 처리를 수행하여 AMA 소자를 완성한다.
상술한 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치에 있어서, 제1 신호는 액티브 매트릭스(100)에 내장된 트랜지스터, 제1 금속층(105)의 드레인 패드 및 제1 비어 컨택(160)을 통하여 하부 전극(140)에 인가된다. 이 경우, 상부 전극(150)은 제2 비어 컨택(170)을 통하여 제2 금속층(115)에 접지되기 때문에 전류가 인가되지 않으므로 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이에 전위차에 따른 전기장이 발생한다. 이러한 전기장에 의하여 상부 전극(150)과 하부 전극(140) 사이의 변형층(145)이 변형을 일으킨다. 변형층(145)은 상기 전기장에 대하여 직교하는 방향으로 수축하게 되며, 이에 따라 변형층(145)을 포함하는 상기 액츄에이터(185)는 소정의 각도를 가지고 상방으로 휘어진다. 입사되는 빛을 반사하는 거울(195)은 액츄에이터(185)의 상부에 형성되어 있으므로 액츄에이터(185)가 액츄에이팅(actuating)함에 따라 그 축이 기울어져 액츄에이터(185)와 함께 경사진다. 따라서, 거울(195)은 광원으로부터 입사되는 빛을 소정의 각도로 반사하며, 반사된 빛은 슬릿을 통과하여 스크린에 화상을 맺게 된다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 광로 조절 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 하부 전극과 제1 금속층의 드레인 패드를 전기적으로 연결시키는 제1 비어 컨택을 액츄에이터의 일측 지지부에 형성하고, 상기 제1 비어 컨택을 통하여 제1 신호를 하부 전극에 인가한다. 또한, 상부 전극과 제2 금속층을 전기적으로 연결시키는 제2 비어 컨택을 액츄에이터의 일측 지지부에 형성하고, 상기 제2 비어 컨택을 통하여 공통 전극인 상부 전극을 제2 금속층에 접지한다.
따라서, 제2 비어 컨택을 통해 상부 전극과 전기적으로 연결된 제2 금속층을 공통 전극선으로 이용하기 때문에, 상부 전극에서 전압 강하가 일어나는 것을 방지할 수 있어서 공통 전극선을 보다 안정적으로 형성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (2)

  1. 스위칭 동작을 수행하는 M×N 개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스(100);
    상기 액티브 매트릭스의 상부에 형성되며 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층(105);
    상기 제1 금속층의 상부에 형성된 제1 보호층(110);
    상기 제1 보호층의 상부에 형성된 제2 금속층(115);
    상기 제2 금속층의 상부에 형성된 제2 보호층(120);
    상기 제2 보호층(120)의 상부에 형성된 지지층(135), 상기 지지층(135)의 상부에 형성된 하부 전극(140), 상기 하부 전극의 상부에 형성된 변형층(145), 상기 변형층의 상부에 형성된 상부 전극(150), 상기 하부 전극(140)으로부터 상기 제1 금속층(105)의 드레인 패드까지 형성된 제1 비어 컨택(160), 및 상기 상부 전극(150)으로부터 상기 제2 금속층(115)까지 형성된 제2 비어 컨택(170)을 갖는 액츄에이터(185); 그리고
    상기 상부 전극(150)의 일측 상부에 형성된 포스트(190)를 갖는 정육각형의 형상의 거울(195)을 포함하는 것을 특징으로 하는 박막형 광로 조절 장치.
  2. M×N개의 트랜지스터가 내장된 액티브 매트릭스의 상부에 드레인 패드를 포함하는 제1 금속층을 형성하는 단계;
    상기 제1 금속층의 상부에 제1 보호층을 형성하는 단계;
    상기 제1 보호층의 상부에 제2 금속층을 형성한 후 상기 제2 금속층을 패터닝하여 상기 제2 금속층의 일부를 개방하는 단계;
    상기 제2 금속층의 상부에 제2 보호층을 형성하는 단계;
    ⅰ) 상기 제2 보호층의 상부에 지지층을 형성하는 단계, ⅱ) 상기 지지층의 상부에 하부 전극을 형성한 후 상기 하부 전극을 패터닝하여 상기 하부 전극의 일부를 개방하는 단계, ⅲ) 상기 하부 전극의 상부에 변형층을 형성하는 단계, ⅳ) 상기 변형층으로부터 상기 제2 금속층의 상부까지 수직하게 제2 비어 홀을 형성하는 단계, ⅴ) 상기 변형층 및 상기 제2 비어 홀에 의해 노출된 제2 금속층의 상부에 상부 전극 및 제2 비어 컨택을 형성하는 단계, 및 ⅵ) 상기 하부 전극으로부터 상기 제1 금속층의 드레인 패드까지 제1 비어 컨택을 형성하는 단계를 갖는 액츄에이터를 형성하는 단계; 그리고
    상기 상부 전극의 일측 상부에 포스트를 갖는 정육각형의 형상의 거울을 형성하는 단계를 포함하는 박막형 광로 조절 장치의 제조 방법.
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