특허 개요
본 특허는 반도체 기판의 원하는 영역에만 박막을 형성하는 영역 선택적 원자층 증착(AS-ALD) 기술입니다. 비증착 영역에 길이 1nm 이하의 알칸티올 표면 억제 분자를 진공 증착해 표면 반응을 차단하고, 박막 전구체와 반응물질을 순차 공급해 증착 영역에 물질막을 형성합니다. 이후 비증착 영역에 남은 억제 분자·전구체·반응물질 잔류물을 제거하고 동일 유닛 공정을 반복해 선택성을 유지하며, 후기 반복 단계에서는 UV 및 O3 처리를 추가할 수 있습니다.
- 핵심 기능
비증착 영역에 헥산티올 또는 프로판티올을 증착해 해당 표면의 전구체 반응을 억제한 뒤, Ru·Mo·Si 전구체 등을 이용한 ALD로 증착 영역에만 박막을 형성합니다. 공정 후 비증착 영역의 잔류물을 제거하고 표면 억제 분자를 재처리함으로써 반복 증착 중에도 비증착 영역의 성장을 억제합니다.
- 차별 강점
기존 용액 담금 방식의 SAM 표면개질은 긴 공정시간, 비균일층 형성, 3nm를 초과하는 분자 구조의 입체장애로 미세 3차원 구조 적용에 한계가 있었습니다. 본 특허는 1nm 이하 알칸티올의 진공 증착과 잔류물 제거를 결합해 입체장애를 줄이고, 반복 ALD 중 선택비를 유지하도록 설계한 점이 차별점입니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 반도체 미세 패턴 형성, 3차원 반도체 구조 제조, 영역 선택적 금속 박막 증착, 상향식 나노패터닝 분야에 활용 가능하며, TiN·W·SiO2와 Cu 등 이종 기저층의 선택적 증착 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 메모리·로직 반도체의 미세화 공정, 선택적 배선·금속막 형성, 차세대 반도체 제조장비 및 공정소재 개발로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
SiO2·W·TiN 증착 영역과 Cu 비증착 영역 조합에서 헥산티올 또는 프로판티올을 적용한 Ru 선택적 ALD를 평가했습니다. 표면 억제 분자 재처리와 잔류물 제거 시 200 cycle 이후에도 Cu 영역의 Ru 성장 억제가 지속됐으나, 다른 전구체·기판 조합과 대면적 장비 조건은 아직 검증되지 않았습니다.
- 평가 시료: SiO2·W·TiN 증착 영역 및 Cu 비증착 영역의 Ru 박막
- 비교 조건: 표면 억제 분자·잔류물 제거를 적용하지 않은 비교 조건 대비 HT 또는 PT 처리 및 재처리 조건
- 공정 조건: 0.01 torr 이하 진공, EBECHRu 4s·N2 30s·O2 0.5s·N2 20s, 0～300 cycle 평가
현재 성과
헥산티올 또는 프로판티올 적용 시 증착 영역인 SiO2·TiN·W의 Ru 면밀도는 증가하는 동안 Cu 비증착 영역은 200 cycle까지 면밀도 0을 유지했습니다. 잔류물 제거와 억제 분자 재처리를 적용한 조건에서는 200 cycle 이후에도 Cu 영역의 Ru 성장 억제가 지속됐습니다.
SiO2·W·TiN 증착 영역 및 Cu 비증착 영역에서 Ru 박막 면밀도와 선택성을 실시예 기반으로 평가했습니다. 0.01 torr 이하 진공에서 EBECHRu, 질소 퍼지, 산소 반응물질 공급을 순차 수행하고 100회 단위로 최대 300 cycle까지 확인했습니다.
기존의 3nm 초과 긴 SAM 분자는 입체장애로 인해 100nm 이하 3차원 구조 적용에 한계가 제시됐습니다. 본 특허는 1nm 이하 알칸티올을 비증착 영역에 재증착하고 잔류물을 제거하는 반복 공정으로, 입체장애 저감과 선택성 유지를 함께 목표로 합니다.
상용화까지 남은 부분
Ru 박막의 SiO2·W·TiN/Cu 조합 외 다른 전구체·기판 조합에서의 선택 증착 재현성 검증
대면적 기판에서의 막 두께·선택성 균일도와 양산 장비 적용 조건 검증
반복 공정의 장기 안정성 및 공정 조건별 비증착 영역 성장 억제 한계 확인
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
표면 억제 분자를 이용한 선택적 원자층 증착법
10-2022-0138302 (2022.10.25)
1020230059167 (2023.05.03)
1027776770000 (2025.03.04)
김우희, 이정빈
한양대학교 에리카산학협력단