특허 개요
본 특허는 금속 산화물 박막의 표면을 필요한 만큼만 순차적으로 제거하는 촉매 반응 기반 원자층 식각(ALE) 방법입니다. 할로겐 함유 제1 전구체와 루이스 염기 촉매로 표면을 개질한 뒤, 제2 전구체와 촉매를 공급해 리간드 교환 반응으로 휘발성 물질을 만들고 제거합니다. 촉매의 전자쌍 제공 작용을 이용해 표면 개질과 휘발성 부산물 형성을 촉진하며, 제1 전구체·촉매 공급, 질소 퍼지, 제2 전구체·촉매 공급, 질소 퍼지의 유닛 공정을 반복하는 방식입니다.
- 핵심 기능
먼저 HF 또는 SiCl₄ 등의 할로겐 함유 제1 전구체와 루이스 염기 촉매를 공급해 금속 산화물 표면을 후속 반응이 가능한 상태로 개질합니다. 이어 B(CH₃)₃ 등의 제2 전구체와 촉매가 금속 할라이드 표면에서 리간드 교환을 촉진해 휘발성 물질을 형성하고, 이를 제거하며 유닛 공정 반복 횟수로 식각량을 제어합니다.
- 차별 강점
기존 습식식각 및 반응성 이온 식각은 초미세·다차원 구조에서 원자 수준 정밀도와 선택비, 기저층 손상 관리가 과제로 제시됩니다. 본 특허는 고에너지 플라즈마 대신 루이스 염기 촉매를 활용한 표면 개질과 리간드 교환을 결합해, 상온에서 휘발성 물질을 형성·제거하는 식각 경로를 제안한 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 금속 산화물 박막 식각, 차세대 반도체 미세 패턴, 3차원·다차원 적층 소자 및 비산화물 표면 산화 후 선택적 식각 분야에 활용 가능하며, 공정 조건별 선택비와 균일도 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 반도체 전공정 장비, 원자층 공정 모듈, 로직·메모리용 미세 패턴 공정 및 적층 소자 제조용 식각 솔루션으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
금속 산화물 기판에 할로겐 함유 전구체와 루이스 염기 촉매를 공급한 뒤, 제2 전구체·촉매 반응으로 휘발성 물질을 형성·제거하는 공정 원리와 적용 예가 제시되었습니다. 실제 식각률, 막질별 선택비, 균일도, 대면적 재현성 및 소자 수준 손상에 대한 정량 실증 데이터는 기재되지 않았습니다.
현재 성과
루이스 염기 촉매가 제2 전구체에 전자쌍을 제공해 금속 할라이드와의 리간드 교환 반응을 촉진하는 방식입니다. 명세서에서는 이 반응으로 상온에서 휘발성 물질을 형성하고 제거해 금속 산화물의 원자층 식각을 수행할 수 있다고 서술합니다.
제1 전구체·제1 촉매 공급, 질소 퍼지, 제2 전구체·제2 촉매 공급, 질소 퍼지로 구성된 유닛 공정이 제시되었습니다. 반복 횟수로 식각률을 제어할 수 있다는 공정 원리는 서술되어 있으나, 실제 식각률과 균일도에 관한 정량 데이터는 기재되지 않았습니다.
할로겐 함유 제1 전구체와 루이스 염기 촉매로 표면을 개질하고, 제2 전구체와 촉매로 휘발성 물질을 형성·제거하는 순차 반응을 결합했습니다. 고에너지 플라즈마 기반 반응성 이온 식각과 구별되는 촉매 반응 기반 경로이며, 비산화물 기판도 표면 산화물층 형성 후 적용 범위에 포함합니다.
상용화까지 남은 부분
막질별 실제 식각률, 식각 선택비 및 공정 균일도에 대한 정량 실증
대면적 기판에서의 공정 재현성과 반복 운전 안정성 검증
소자 수준 기저층 손상, 계면 특성 및 장기 공정 신뢰성 평가
기술 이전 형태·도입 과정
도입은 이렇게 진행됩니다.
검토 미팅
귀사 상황·데이터 구조 기준으로 적합성을 논의합니다. 자료 검토만으로 끝나도 됩니다.
PoC 공동 검증
연구팀 동행 하에 귀사 데이터 기준 재학습·성능을 확인합니다.
라이센싱 계약
PoC 결과를 기반으로 희망 형태(실시권·공동연구 등)를 협의합니다.
기술지도·후속
도입 초기 기술지도, 필요 시 후속 공동연구·정부과제 연계까지 진행합니다.
특허 정보
촉매 반응 기반 원자층 식각 방법
10-2021-0190274 (2021.12.28)
1020230089500 (2023.06.20)
1027379050000 (2024.11.29)
김우희, 이정민, 이정빈
한양대학교 에리카산학협력단