KR100420954B1 - 광 스위칭 소자, 그것의 제조방법 및 그것의 어레이 구조 - Google Patents
광 스위칭 소자, 그것의 제조방법 및 그것의 어레이 구조 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자, 그것의 제조방법 및 그것의 어레이 구조를 개시한다. 개시된 본 발명은, 기판과, 상기 기판상에 일정 간격으로 배열되는 다수개의 게이트 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 직교하도록 배열되며, 상기 게이트 버스 라인과 단위 셀을 한정하는 데이터 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점에 형성되며, 상기 게이트 버스 라인 선택시 데이터 버스 라인의 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터와, 상기 각각의 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 광 스위칭 소자부를 포함한다.
Description
본 발명은 광 스위칭 소자, 그것의 제조방법 및 그것의 어레이 구조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 와이어 본딩간의 쇼트 없이 대용량 광 스위칭 어레이의 구현이 가능하고, 미러부의 반사도를 개선할 수 있는 광 스위칭 소자, 그것의 제조방법 및 그것의 어레이 구조에 관한 것이다.
정보화 사회의 기간 통신망으로 자리잡은 파장 분할 다중(wavelength division multiplexing) 광통신의 실용화를 위하여는 망운용 효율을 극대화시킬 수 있는 회선 분배 시스템이 필요하다. 이러한 회선 분배 시스템의 핵심 소자로서 확장성, 신뢰성 및 소모 전력 면에서 특성이 우수한 광 크로스 커넥터(optical cross connector)용 광 스위치가 이용되고 있다.
이러한 광 크로스형 광 스위칭 소자는 일반적으로 SOI(silicon on insulator) 기판에 형성되며, 마이크로 미러(micro mirror)를 포함하는데, 이러한 종래의 광 크로스형 광 스위칭 소자를 도 1 및 도 2를 통하여 개략적으로 설명하도록 한다.
도 1을 참조하여, 일반적인 광 크로스형 단위 광 스위칭 소자(80)는 마주하는 한 쌍의 액츄에이터(actuator: 50a,50b)와 액츄에이터들(50a,50b)의 구동에 의하여 광을 스위칭하는 미러부(62)를 포함한다.
한 쌍의 액츄에이터(50a,50b)의 일단에는 액츄에이터(50a,50b)에 전원을 공급하기 위한 제 1 구동 전극(55)이 공통으로 연결되고, 타단 각각에는 탄성 스프링(52a,52b)이 연결된다. 또한, 탄성 스프링들(52a,52b)의 일단에는 제 2 구동 전극(57a,57b)이 각각 연결되어, 탄성 스프링들(52a,52b)을 통하여 액츄에이터(50a,50b)에 전압이 공급된다. 마주하는 한쌍의 액츄에이터(50a,50b) 사이의 공간에는 제 1 구동 전극(55)과 미러부(62)간을 연결시키는 전달부(60)가 위치된다. 이때, 전달부(60)는 액츄에이터(50a,50b)의 동력을 미러부(62)에 전달하는 역할을 한다. 또한, 미러부(62)에서 실질적으로 광을 반사 및 흡수시키는 면은 측단면(62a)이 된다.
이러한 광 스위칭 소자는 도 2에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 기판(10), 매몰 절연층(20) 및 실리콘층(30)으로 구성된 SOI(silicon on insulator) 기판(100)상에 형성된다. 또한, 액츄에이터(50a,50b), 전달부(60) 및 미러부(62)는 SOI 기판(100)의 실리콘층(30)을 예를들어 딥-알아이이(deep-RIE) 방식으로 패터닝함으로써 한정된다. 또한, 액츄에이터(50a,50b) 및 미러부(62)와 같이, 구동시 공간적 이동이 필요한 영역은 그 하부의 매몰 절연층(20)을 소정 부분 식각하여, 액츄에이터(50a,50b) 및 미러부(62)가 기판(10) 상에 들떠있는 상태가 되도록 형성된다. 이에따라, 잔류하는 매몰 절연층(20)은 상부의 실리콘층(30)으로 구성된 각 구성 요소들을 지지하게 된다.
그러나, 이러한 종래의 광 스위칭 소자는 다음과 같은 문제점이 있다.
먼저, 상기 미러부(62)는 실리콘층(30)을 deep-RIE 방식으로 식각하여 형성되므로, 측단면(62a)의 표면 거칠기가 1.55㎛ 파장의 광을 이용할 때, 110 내지 300nm 정도(정상치인 경우 80nm 정도)로 매우 거칠어져서, 심한 난반사가 발생된다. 이렇게 미러부(62)의 측단면(62a)에 표면 거칠기가 증대되는 현상을 스켈럽(scallop) 현상이라고 하며, 이러한 스켈럽 현상은 상술한 바와 같이 입사광의 반사에 있어서 심한 난반사를 일으켜 신호광을 감쇄시키게 된다.
한편, 광 스위치 어레이(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기한 광 스위칭 소자(80, 도 1 참조)들이 매트릭스 형태로 다수개 배열되어 구성된다. 본 도면에서는 광 스위칭 소자(80)로 제 1 및 제 2 구동 전극(55,57a,57b)만이 표시되었다. 여기서, 각 광 스위칭 소자(80)의 제 1 및 제 2 구동 전극들(55,57a,57b)은 광 스위치 어레이(120)의 수평 주면 및 수직 주면(121,122)에 배치되는 인쇄 회로 기판(130)내의 전극 패드(132)와 각각 와이어(140) 본딩된다.
이때, 인쇄 회로 기판(130)에 근접하게 배치된 광 스위칭 소자(80)는 와이어(140) 본딩이 용이하게 이루어지나, 인쇄 회로 기판(130)과 멀리 배치되는광 스위칭 소자(80)는 와이어(140)를 길게 연장하여야 하고, 와이어들(140)간의 쇼트가 빈번히 발생된다. 이에따라, 다수개의 광 스위칭 소자(80)를 배열시키는데 한계가 있어, 대용량 실현이 어렵다.
따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 미러부의 거울면의 측면 거칠기를 개선하여, 신호광의 광 감쇄를 방지할 수 있는 광 스위칭 소자를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기한 광 스위칭 소자의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 대용량을 실현할 수 있는 광 스위칭 소자 어레이 구조를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 와이어 본딩 불량을 방지할 수 있는 광 스위칭 소자 어레이 구조를 제공하는 것이다.
도 1은 일반적인 크로스 바형 광 스위칭 소자를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ'선을 따라 절단하여 나타낸 사시도이다.
도 3은 일반적인 광 스위칭 소자의 와이어 본딩 상태를 보여주기 위한 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 광 스위치 어레이를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 5는 본 발명에 따른 콤형 액츄에이터를 갖는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위치 어레이를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 6은 본 발명에 따른 열 팽창형 액츄에이터를 갖는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위치 어레이를 개략적으로 나타낸 회로도이다.
도 7은 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자를 나타낸 사시도이다.
도 8은 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자를 나타낸 단면도이다.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
210 : 게이트 버스 라인 220 : 데이터 버스 라인
230 : 공통 라인 240 : 게이트 버스 라인 드라이브
250 : 데이터 버스 라인 드라이브 300 : 박막 트랜지스터
400 : 광 스위칭 소자 401 : 기판
440 : 제 1 구동 전극 445a,445b : 제 2 구동 전극
457 : 도핑된 폴리실리콘층 465a, 465b : 액츄에이터
460 : 전달부 470 : 광 스위치부
472 : 지지부 480 : 미러부
본 발명의 목적과 더불어 그의 다른 목적 및 신규한 특징은, 본 명세서의 기재 및 첨부 도면에 의하여 명료해질 것이다.
본원에서 개시된 발명중, 대표적 특징의 개요를 간단하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 일견지에 따른 광 스위칭 소자는 기판과, 상기 기판의 소정 부분에 형성되는 게이트, 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터를 피복하는 절연층과, 상기 박막 트랜지스터의 드레인과 콘택되도록 형성되는 제 1 구동 전극과, 상기 제 1 절연층의 소정 부분 상부에 형성되는 제 2 구동 전극과, 상기 제 1 및 제 2 구동 전극과 콘택되는 도전층으로 된 액츄에이터와, 상기 액츄에이터와 동일 물질로 형성되며, 액츄에이터로부터 연장되는 지지부, 그리고 상기 지지부 상부에 형성되는 미러부를 포함한다.
이때, 상기 액츄에이터를 구성하는 도전층은 도핑된 폴리실리콘층일 수 있으며, 상기 지지부와 미러부 사이에 접착층이 더 개재된다. 또한, 상기 미러부의 측단면에 고반사막이 더 피복될 수 있다. 이때, 고반사막으로는 Au 또는 Al이 이용될 수 있다.
아울러, 미러부는 박막 트랜지스터가 형성된 영역 상부에 배치될 수 있다. 또한, 상기 박막 트랜지스터의 드레인은 높은 전압에서 구동될 수 있도록 오프셋(offset) 영역이 형성되도록, 게이트의 측벽으로부터 소정 거리 이격되도록 배치될 수 있다.
또한, 본 발명이 또 다른 견지에 따른 액티브 매트릭스 광 스위칭 소자 어레이의 제조방법은, 먼저, 기판상에 게이트 버스 라인과 일체인 게이트, 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성한다음, 상기 박막 트랜지스터 상부에 제 1 절연층을 형성한다. 그리고나서, 상기 소오스와 콘택되도록 데이터 버스 라인을 형성하고, 상기 제 1 절연층의 소정 부분 상부에 제 1 구동 전극을 형성함과 동시에, 상기 드레인과 콘택되도록 액츄에이터의 제 2 구동 전극을 형성한다. 그후, 상기 제 1 및 제 2 구동 전극이 형성된 기판 결과물 상부에 제 2 절연층을 형성한다음, 상기 제 1 및 제 2 구동 전극과 콘택되도록 제 2 절연층 상부에 도핑된 폴리실리콘층을 증착한다. 그리고나서, 상기 도핑된 폴리실리콘층을 소정 부분 패터닝하여, 액츄에이터, 액츄에이터의 동력을 전달하는 전달부 및 지지부를 형성한다. 그후, 상기 지지부 상부에 미러부를 형성한다.
이때, 상기 박막 트랜지스터는, 상기 기판상에 게이트 절연막을 형성하고, 상기 게이트 절연막 상부의 소정 부분에 게이트 전극을 형성한다음, 게이트 전극 양측의 기판에 불순물을 주입하여 소오스 및 드레인을 형성한다. 여기서, 상기 드레인 형성시, 상기 게이트 전극의 단부와 소정 거리만큼 이격되도록 형성하여 오프셋 영역을 형성하는 것이 바람직하다.
또한 상기 미러부는, 상기 미러 지지부 상부에 PMMA등의 광감성 레지스트 물질을 도포한다음, 상기 광감성 레지스트 물질을 X-레이 리소그라피 방식으로 패터닝하여 미러부를 형성한다.
이때, 광감성 레지스트 물질을 도포하기 전에, 상기 미러 지지부 상부에 접착층을 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 미러부를 형성한다음, 상기 미러부 양 측벽에 고반사막을 피복할 수 있는데, 이때, 상기 기판을 경사지게 위치한 상태에서 열 증착하는 것을 바람직하다.
상기 미러부를 형성한다음, 액츄에이터가 구동할 수 있는 공간을 마련하기 위하여, 상기 노출된 제 2 절연층을 예를들어, 가스 상태의 식각법(gas phased etch)에 의하여 제거하여 준다.
또한, 본 발명의 다른 견지에 따른 광 스위칭 소자 어레이는 기판과, 상기 기판상에 일정 간격으로 배열되는 다수개의 게이트 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 직교하도록 배열되며, 상기 게이트 버스 라인과 단위 셀을 한정하는 데이터 버스 라인과, 상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점에 형성되며, 상기 게이트 버스 라인 선택시 데이터 버스 라인의 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터와, 상기 각각의 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 광 스위칭 소자부를 포함한다.
상기 광 스위칭 소자부는, 상기 박막 트랜지스터 스위칭시 동작하는 한 쌍의 액츄에이터와, 상기 액츄에이터들의 동작에 따라 광을 선택적으로 반사 또는 흡수하는 광 스위치부를 포함한다.
여기서, 상기 한 쌍의 액츄에이터의 일단에는 제 1 구동 전극이 공통으로 형성되고, 타단 각각에는 제 2 구동 전극이 형성되며, 상기 각 광 스위칭 소자부의 제 1 구동 전극들은 모두 공통으로 연결되며, 상기 각 광 스위칭 소자부의 제 2 구동 전극들은 해당 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 액츄에이터는 콤형 또는 열 팽창형일 수 있다.
(실시예)
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다. 그러나, 본 발명의 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 실시예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어진 것이며, 도면상에서 동일한 부호로 표시된 요소는 동일한 요소를 의미한다. 또한, 어떤 층이 다른 층 또는 반도체 기판의 "상"에 있다라고 기재되는 경우에, 어떤 층은 상기 다른 층 또는 반도체 기판에 직접 접촉하여 존재할 수 있고, 또는, 그 사이에 제 3의 층이 개재되어질 수 있다.
첨부한 도면 도 4는 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 광 스위치 어레이를 개략적으로 나타낸 회로도이고, 도 5는 본 발명에 따른 콤형 액츄에이터를 갖는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위치 어레이를 개략적으로 나타낸 회로도이며, 도 6은 열 팽창형 액츄에이터를 갖는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위치 어레이를 개략적으로 나타낸 회로도이다. 도 7은 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자를 나타낸 사시도이고, 도 8은 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자를 나타낸 단면도이다.
본 발명에 따른 광 스위칭 소자 어레이는 도 4에 도시된 바와 같이, 광 스위칭 소자들(400)이 액티브 매트릭스(active-matrix) 방식으로 구동되도록 배치된다. 이를 보다 자세하게 설명하면, 다수개의 게이트 버스 라인들(210)과 다수개의 데이터 버스 라인(220)이 일정 간격을 가지고 교차 배열되어, 매트릭스 형태의 단위 셀(215)이 한정된다. 각각의 게이트 버스 라인(210)과 데이터 버스 라인(220)의 교차점 부근에는 게이트 버스 라인(210) 선택시 데이터 버스 라인(220)의 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터(300)가 배치되고, 각각의 단위셀(215)내에는 박막 트랜지스터(300)와 전기적으로 연결되도록 광 스위치부(도시되지 않음) 및 액츄에이터(도시되지 않음)를 갖는 광 스위칭 소자(400)가 연결된다. 게이트 버스 라인들(210)은 게이트 버스 라인 드라이브(240)에 연결되어 선택적으로 게이트 버스 라인(210)에 구동 신호가 인가되고, 데이터 버스 라인들(220)은 데이터 버스 라인 드라이브(250)에 연결되어 데이터 신호가 선택적으로 인가된다.
이때, 광 스위칭 소자(400)는 액츄에이터의 종류에 따라 콤 형태의 액츄에이터(465)를 갖는 광 스위칭 소자(도 5 참조) 및 열 팽창형 액츄에이터(500)를 갖는 광 스위칭 소자(도 6 참조)로 나뉠 수 있으며, 본 실시예에서는 콤 형태의 액츄에이터(465)를 구비한 광 스위칭 소자(400)에 대하여 설명하도록 한다.
광 스위칭 소자(400)는 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(401) 상에 한 쌍의 액츄에이터(465a,465b)가 서로 마주하도록 배치된다. 이때, 기판(401)은 실리콘 기판 혹은 유리 기판일 수 있으며, 본 실시예에서는 실리콘 기판인 경우를 예를들어 설명한다. 한 쌍의 액츄에이터(465a,465b)의 일단에는 액츄에이터(465a,465b)에 전압을 인가하기 위한 제 1 구동 전극(440)이 공통으로 연결되고, 타단 각각에는 탄성 스프링(467a,467b)이 연결된다. 탄성 스프링(467a,467b)의 단부 각각에는 제 2 구동 전극(445a,445b)이 연결되어, 탄성 스프링들(467a,467b)을 통하여 액츄에이터(465a,465b)에 전압이 공급된다 이때, 제 1 구동 전극(440)과 제 2 구동 전극(445a,445b)은 액츄에이터들(465a,465b) 저면에 배치됨이 바람직하다. 즉, 본 실시예에서는 광 스위칭 소자들(400)이 액티브 매트릭스 방식으로 구동되므로써, 액츄에이터(465a,465b)의 상부에 구동 전극을 배치할 필요가 없고, 본 실시예에서는 구동 전극들(440,445a,445b)이 박막 트랜지스터(300)와 전기적으로 콘택되어야 하므로, 콘택을 용이하게 하기 위하여 액츄에이터(465a,465b) 저부에 위치시키는 것이다.
한편, 한 쌍의 액츄에이터(465a,465b) 사이에는 액츄에이터(465a,465b)의 동력을 전달하는 전달부(460)가 위치하고, 이 전달부(460)는 액츄에이터의 일단(제 1 구동 전극이 형성된 영역)과 광 스위치부(470)를 연결한다. 이때, 광 스위치부(470)는 지지부(472) 및 미러부(480)를 포함한다. 지지부(472)는 전달부(460), 액츄에이터(465a,465b) 및 탄성 스프링(467a,467b)과 동일한 물질로 형성되고, 실질적으로 광을 스위칭하는 미러부(480)를 지지하는 역할을 한다. 미러부(480)는 지지부(472) 상부에 별도의 광감도 레지스트 물질 예를들어, PMMA(polymethylmethacrylate)로 형성될 수 있다. 아울러, 미러부(480)의 측단면에 반사 효율을 보다 증대시키기 위하여 Au, Al과 같이 고 반사율을 갖는 막이 피복된다.
이러한 광 스위칭 소자 및 박막 트랜지스터를 기판상에 집적시킨 상태가 도 8에 도시되어 있다. 도 8을 참조하여 보다 상세히 설명하면, 소자 분리막(도시되지 않음)을 구비한 기판(401), 예를들어 실리콘 기판 상부에 게이트 산화막(405)이 증착되고, 게이트 산화막(405) 상부 소정 부분에 게이트 전극(410)이 형성된다. 게이트 전극(410)은 상기 도 4의 게이트 버스 라인(210)과 일체로 형성된다. 게이트 전극(410) 양측의 기판(401)에 불순물의 주입으로 소오스, 드레인 영역(415a,415b)이 형성되어, 박막 트랜지스터(300)가 형성된다. 이때, 드레인 영역(415b)은 게이트전극(410)의 측벽면과 소정 거리만큼 이격되도록 형성하여 오프셋(off set) 영역을 구축할 수 있다. 이때, 오프셋 영역은 기판(401)에 고전압 인가시 누설 전류를 방지하기 위함이다. 또한, 기판(401)이 유리 기판일 경우, 기판(401)내에 소오스 드레인 영역(415a,415b)을 형성하지 않고, 별도의 층으로 소오스, 드레인 영역이 형성된다.
박막 트랜지스터(300)가 완성된 기판(401) 상부에 제 1 절연층(420)이 증착된다. 그리고 나서, 소오스 및 드레인 영역(415a,415b)이 노출되도록 콘택홀(423a,423b)이 형성된다. 소오스 영역(415a)과 콘택되도록 제 1 절연층(420) 상부에 데이터 버스 라인(425, 도 4에서 220)이 형성되고, 드레인 영역(415b)과 콘택되도록 플러그(430)가 형성된다. 이어서, 제 1 절연층(420)의 소정 부분 상부에는 제 1 구동 전극(440)이 형성되고, 플러그(430) 표면에는 제 2 구동 전극(445a)이 형성된다. 이때, 제 1 구동 전극(440)은 단위 셀들의 액츄에이터들(465a,465b)의 일단과 각각 공통으로 연결되도록 형성된다. 즉, 제 1 구동 전극(440)은 도 4의 공통 라인(230)과 일체로 형성된다. 다음, 제 1 및 제 2 구동 전극(440,445a) 상부에 제 2 절연층(450)이 형성된다. 제 1 및 제 2 구동 전극(440,445a)의 소정 부분이 노출되도록 제 2 절연층(450)을 식각하여 비아홀(455a,455b)이 형성된다. 이어서, 비아홀(455a,455b)을 통하여 노출된 제 1 및 제 2 구동 전극(440,445a)과 콘택되도록, 제 2 절연층(450) 상부에 도전층, 예를들어 도핑된 폴리실리콘층(457)이 형성된다. 이때, 도핑된 폴리실리콘층(457)은 n형 또는 p형의 불순물을 선택적으로 사용할 수 있으며, LPCVD(low pressure chemical vapor deposition) 방식으로 5 내지 50㎛ 두께로 형성된다. 그리고나서, 도핑된 폴리실리콘층(457)은 소정 형태로 패터닝되어, 액츄에이터(465a,465b: 도 7 참조), 탄성 스프링(467a,467b: 도 7 참조), 전달부(460) 및 지지부(472)를 한정한다. 이때, 지지부(472)는 박막 트랜지스터(300) 상부에 위치할 수 있다.
그후, 소정 형태로 패터닝된 도핑된 폴리실리콘층(457) 상부의 소정 부분에 접착층(475)이 형성되고, 접착층(475) 상부에 본 발명의 미러부(480)가 형성된다. 여기서, 미러부(480)는 다음과 같은 방식으로 형성된다. 먼저, 접착층(475) 상부에 광감성 레지스트 물질, 예를들어 PMMA를 150 내지 250㎛ 높이로 형성한 후, 측단면의 거칠기가 수 나노미터를 갖도록 방사광 가속기에서 사용하는 X-레이 빔으로 리소그라피 공정을 실시한다. 이때, 방사광 가속기에서 사용하는 X-레이 빔은 에너지 밀도가 높고 빔의 코히어런스(coherence)가 우수하므로, 이를 이용하여 식각하게 되면 거칠기 특성이 완화된다. 이에따라, 미러부 단면에 발생되는 스캘럽 현상을 방지할 수 있으며, 액츄에이터층 및 전달부 등을 구성하는 폴리실리콘층 상부에 다른 물질로 미러부의 높이를 자유자재로 조절할 수 있다.
그후, 각 단위 셀 별로, 노출된 제 1 및 제 2 절연층(420,450)을 식각하여, 액츄에이터가 자유롭게 움직일 수 있도록 공간을 마련해준다. 이때, 제 1 및 제 2 절연층(420,450)은 가스 위상 식각(gas phase etching) 방식으로 식각하거나, HF 용액으로 식각할 수 있다. 여기서, 박막 트랜지스터가 형성된 부분은 미러부에 의하여 덮혀 있으므로, 제 1 및 제 2 절연층(420,450)이 제거되지 않으므로, 박막 트랜지스터 부분은 절연층에 의하여 덮혀진다.
그 다음으로, 미러부(480)의 측단면에 Au 또는 Al과 같은 고반사율을 갖는 막이 피복된다. 이 고반사율을 갖는 막의 피복시, 피복 효율을 증대시키기 위하여 기판(401)을 경사지게 배치시킨 상태에서 피복시킴이 바람직하다.
이러한 본 발명의 광스위치 소자는 다음과 같이 동작한다.
게이트 버스 라인(210) 및 데이터 버스 라인(220)에 선택 신호를 인가하면, 박막 트랜지스터(300)가 턴 온(turn-on)된다. 그러면, 박막 트랜지스터(300)를 통하여 데이터 버스 라인(220)에 실린 신호가 제 2 구동 전극(445a,445b)에 전달되고, 제 1 구동 전극(440)에는 공통 신호가 지속적으로 전달되고 있으므로, 제 1 및 제 2 구동 전극(445a,445b)에 전압 인가에 의하여, 액츄에이터(465)가 동작된다. 그러면, 액츄에이터(465)의 동작에 의하여 발생되는 동력(일정거리를 왕복 이송시키는 능력:displacement)은 전달부(460)를 통하여 광 스위치부(470)에 전달되어, 미러부(480)가 왕복 반복 운동하게 된다.
이와같은 본 발명의 광 스위칭 소자는 제 1 및 제 2 구동 전극(440,445a,445b)과 인쇄 회로 기판의 전극 패드와 와이어 본딩할 필요없이 액티브 매트릭스 방식으로 동작되므로, 와이어 본딩으로 인한 쇼트가 발생되지 않고, 대용량을 구현할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 광 스위칭 소자의 미러부(480)는 정교하게 패터닝이 용이한 X 레이 리소그라피에 의하여 형성되므로, 측단면 스캘럽 현상이 크게 감소된다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 광 스위칭 소자를 액티브 매트릭스 방식으로 구현하고, 광을 실질적으로 스위치하는 미러부를 X 레이 리소그라피 방식으로 형성한다.
이와같이 다수의 광 스위칭 소자를 액티브 매트릭스 방식으로 배치함으로써, 인쇄 회로 기판내의 전극 패드와 와이어 본딩이 요구되지 않게 되어, 와이어 본딩에 따르는 쇼트 문제가 해결되고, 대용량 어레이를 실현할 수 있다.
또한, X 레이 리소그라피 공정에 의하여 미러부를 형성하므로써, 미러부 측단면의 스캘럽 현상을 크게 개선할 수 있어, 신호광 감쇄 현상을 방지할 수 있다.
이상 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형이 가능하다.
Claims (20)
- 기판;상기 기판의 소정 부분에 형성되는 게이트, 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터;상기 박막 트랜지스터를 피복하는 제 1 절연층;상기 박막 트랜지스터의 드레인과 콘택되도록 형성되는 제 1 구동 전극;상기 제 1 절연층의 소정 부분 상부에 형성되는 제 2 구동 전극;상기 제 1 및 제 2 구동 전극과 콘택되는 도전층으로 된 액츄에이터;상기 액츄에이터와 동일 물질로 형성되며, 액츄에이터로부터 연장되는 지지부; 및상기 지지부 상부에 형성되는 미러부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 액츄에이터를 구성하는 도전층은 도핑된 폴리실리콘막인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 지지부와 미러부 사이에 접착층이 더 개재되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자.
- 제 3 항에 있어서,상기 미러부는 광감성 레지스트막으로 형성되고, 상기 미러부의 측단면에 고반사막이 더 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위치 소자.
- 제 4 항에 있어서,상기 고반사막은 Au 또는 Al인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위치 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 미러부는 박막 트랜지스터가 형성된 영역 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 박막 트랜지스터의 드레인은 오프셋(off set) 영역이 형성되도록,게이트의 측벽으로부터 소정 거리 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자.
- 기판상에 게이트 버스 라인과 일체인 게이트, 소오스 및 드레인을 포함하는 박막 트랜지스터를 형성하는 단계;상기 박막 트랜지스터 상부에 제 1 절연층을 형성하는 단계;상기 소오스와 콘택되도록 데이터 버스 라인을 형성하는 단계;상기 제 1 절연층의 소정 부분 상부에 제 1 구동 전극을 형성함과 동시에, 상기 드레인과 콘택되도록 액츄에이터의 제 2 구동 전극을 형성하는 단계;상기 제 1 및 제 2 구동 전극이 형성된 기판 결과물 상부에 제 2 절연층을 형성하는 단계;상기 제 1 및 제 2 구동 전극과 콘택되도록 제 2 절연층 상부에 도핑된 폴리실리콘층을 증착하는 단계;상기 도핑된 폴리실리콘층을 소정 부분 패터닝하여, 액츄에이터, 액츄에이터의 동력을 전달하는 전달부 및 지지부를 형성하는 단계;상기 지지부 상부에 미러부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 광 스위칭 소자의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 박막 트랜지스터를 형성하는 단계는,상기 기판상에 게이트 절연막을 형성하는 단계;상기 게이트 절연막 상부의 소정 부분에 게이트 전극을 형성하는 단계;상기 게이트 전극 양측의 기판에 불순물을 주입하여 소오스 및 드레인을 형성하는 단계를 포함하며,상기 드레인 형성시, 상기 게이트 전극의 단부와 소정 거리만큼 이격되도록 형성하여 오프셋 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 광 스위칭 소자의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 미러부를 형성하는 단계는,상기 미러 지지부 상부에 광감성 레지스트 물질을 도포하는 단계;상기 광감성 레지스트 물질을 X-레이 리소그라피 방식으로 패터닝하여 미러부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 광 스위칭 소자의 제조방법.
- 제 10 항에 있어서,상기 광감성 레지스트 물질을 도포하기 전에, 상기 미러 지지부 상부에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 광 스위칭 소자의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 미러부를 형성하는 단계 이후에, 상기 미러부 양 측벽에 고반사막을 피복하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 광 스위칭 소자의 제조방법.
- 제 12 항에 있어서,상기 고반사막을 피복하는 단계에서, 상기 기판을 경사지게 위치한 상태에서 피복하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 광 스위칭 소자의 제조방법.
- 제 8 항에 있어서,상기 미러부를 형성하는 단계 이후에, 상기 노출된 제 2 절연층을 제거하여, 상기 액츄에이터가 구동할 수 있는 공간을 마련하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 광 스위칭 소자의 제조방법.
- 제 14 항에 있어서,상기 제 2 절연층은 가스 상태의 식각법(gas phase etch)에 의하여 제거하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 광 스위치 소자의 제조방법.
- 기판;상기 기판상에 일정 간격으로 배열되는 다수개의 게이트 버스 라인;상기 게이트 버스 라인과 직교하도록 배열되며, 상기 게이트 버스 라인과 단위 셀을 한정하는 데이터 버스 라인;상기 게이트 버스 라인과 데이터 버스 라인의 교차점에 형성되며, 상기 게이트 버스 라인 선택시 데이터 버스 라인의 신호를 스위칭하는 박막 트랜지스터; 및상기 각각의 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 광 스위칭 소자부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자 어레이 구조.
- 제 16 항에 있어서,상기 광 스위칭 소자부는,상기 박막 트랜지스터 스위칭시 동작하는 한 쌍의 액츄에이터(actuator);상기 액츄에이터들의 동작에 따라 광을 선택적으로 반사 또는 흡수하는 광 스위치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자 어레이 구조.
- 제 17 항에 있어서,상기 한 쌍의 액츄에이터의 일단에는 제 1 구동 전극이 공통으로 형성되고, 타단 각각에는 제 2 구동 전극이 형성되며,상기 각 광 스위칭 소자부의 제 1 구동 전극들은 모두 공통으로 연결되며,상기 각 광 스위칭 소자부의 제 2 구동 전극들은 해당 박막 트랜지스터와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자 어레이 구조.
- 제 17 항에 있어서,상기 액츄에이터는 콤(comb)형인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자 어레이 구조.
- 제 17 항에 있어서,상기 액츄에이터는 열 팽창형인 것을 특징으로 하는 액티브 매트릭스 방식의 광 스위칭 소자 어레이 구조.
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