運用DMD無光罩微影技術於薄膜電晶體製程之研究｜國立臺灣科技大學博碩士論文系統

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研究生：	蔡敏隆 Min-long Tsai
論文名稱：	運用DMD無光罩微影技術於薄膜電晶體製程之研究 Research of Thin Film Transistor Fabrication using Digital Micromirror Device Maskless Photolithography System
指導教授：	鄭正元 Jeng-Ywan Jeng
口試委員:	蔡明忠 Ming-Jong Tsai 汪家昌 none
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	工程學院 - 機械工程系 Department of Mechanical Engineering
論文出版年：	2007
畢業學年度：	95
語文別：	中文
論文頁數：	113
中文關鍵詞：	數位微型反射鏡元件、無光罩微影技術
外文關鍵詞：	Digital Micromirror Device, Maskless Photolithography System
相關次數：	點閱：316 下載：20
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本論文主要是利用先前實驗室研發設計的顯微鏡式DMD(Digital Micromirror Device)無光罩微影系統（Maskless Photolithography System）製作TFT結構。在系統上，將DLP（Digital Light Processing）欲投影之pattern經由顯微鏡的目鏡及物鏡，來對光阻進行曝光微影製程，另一方面也利用目鏡來觀察成像清晰度，尋找焦點位置，以控制曝光品質；本研究研發出灰階對位方式來解決先前光學對位的若干缺點，提升系統之簡便性；此外也利用灰階補償方法控制系統的曝光品質，以提升系統的解析度及成像品質。
本實驗製作簡易型薄膜電晶體(Thin Film Transistor, TFT)以驗證灰階光罩及灰階補償之成效，由實驗結果可證明灰階對位因具有簡單、方便…等優點，可明顯縮短對位的時間以降低光源對光阻的破壞；而灰階補償方法則可更均勻且準確的定義pattern，故可令此系統更適用於半導體製程上。本研究採用簡易型TFT原件製作3D閘極環繞通道層式的垂直TFT，並針對量測結果進行研究討論；此外也利用本系統光罩產生方便之優點，並以控制蝕刻時間來製作不同膜厚的薄膜，並且期待往後能製作其他更多3D半導體元件。

The aim of this thesis is to use the DMD (Digital Micromirror Device) Maskless Photolithography System to fabricate simple TFT. In the system, we can use the eyepiece of microscope and observe the pattern that form DLP（Digital Light Processing）project on the photoresist. For this reason, we can search the focus of image and control photolithography quality. This research invite the method of gray scale alignment, it can solve shortcomings of optics alignment. Besides, by utilize gray scale adjustment to improve the resolution and imaging definition quality.
By fabricating the simple TFT, the result of gray scale alignment and gray scale adjustment can be proved that, gray scale alignment can reduce the light destroy photoresist. In addition, gray scale adjustment can be defined pattern previously so it can be more useful in fabricate semiconductor devices. This research follow the simple TFT principle to make modeling of surrounding gate TFT and make researching discussion about the measuring results. In addition, by using the benefits of convenience of this mask-produced system, it can control the etching time for making thin film with different thickness. Also hope that, it can fabricate more 3D semiconductor devices in the future.

中文摘要......................................................................I
英文摘要.....................................................................II
誌謝........................................................................III
目錄.........................................................................IV
圖索引......................................................................VII
表索引.......................................................................XI
第一章 緒論...................................................................1
1 前言..................................................................1
2 研究背景及目的........................................................2
3論文架構...............................................................4

第二章 文獻探討...............................................................5
1金屬－氧化物－半導體場效電晶體.............................................5
1.1薄膜電晶體（Thin Film Transistor，TFT）..............................8
1.2 MBE-grow vertical power-MOSFETs with 100-nm channel length..........9
1.3低溫氧化層及垂直式複晶矽薄膜電晶體之研究............................11
2 薄膜沉積技術與提高性能之處理.............................................15
2.1 物理氣相沉積.......................................................15
2.2 化學氣相沉積.......................................................16
2.3 氫化（hydrogenation................................................17
3 駐波現象（Standing Wave Effect）.........................................18
4 無光罩微影系統...........................................................20
4.1  Massively Parallel, large-area maskless lithography...............20
4.2 動態光罩式顯微鏡微影系統...........................................23
5  DLP（Digital Light Processing）投影機...................................25
5.1  DLP投影機光學系統之發展與技術.....................................25
5.2  DLP之光機組件.....................................................29

第三章 DMD無光罩微影系統改善設計與建構.......................................32
1顯微鏡無光罩微影系統......................................................32
2 無光罩微影系統對位方法...................................................39
2.1 灰階對位方法.......................................................43
2.2 機構式對位方法.....................................................50
3 DMD無光罩微影系統灰階補償................................................52
3.1 DMD無光罩微影系統光均勻度測試......................................52
3.2 DMD無光罩微影系統灰階補償..........................................55

第四章 使用無光罩微影系統製作薄膜電晶體元件之流程與架構......................59
1 鍍膜與蝕刻設備...........................................................59
1.1 玻璃基板與矽晶圓基板清洗...........................................60
1.2 濺鍍（Sputter）for Si..............................................61
1.3 電漿輔助化學氣相沉積（PECVD）for SiO2..............................63
1.4 鋁蒸鍍.............................................................65
1.5 氫化（Hydrogenation）..............................................66
1.6 矽之反應式離子蝕刻（Reactive Ion Etch，RIE）.......................69

2 簡易型 TFT 製程..........................................................72
2.1 簡易型 TFT 元件光罩設計圖..........................................76
3 3D垂直結構 TFT 製程..................................................77
3.1 垂直結構 TFT 元件光罩設計圖........................................83
4 不同膜厚的絕緣層製程.....................................................85
4.1 不同膜厚的絕緣層光罩設計圖.........................................88
第五章 實驗結果與討論........................................................89
1 簡易型 TFT 製作結果......................................................89
1.1簡易型 TFT 電性量測.................................................92
2 垂直結構 TFT 製作結果....................................................94
2.1垂直結構 TFT 電性量測...............................................97
2.2垂直 TFT 閘極絕緣膜特性分析.........................................99
3不同膜厚之閘極絕緣層特性分析.............................................102
4 結論....................................................................106

第六章 總結與未來展望.......................................................107
1 總結....................................................................107
2 未來展望................................................................109

參考文獻....................................................................111

                                

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