특허 개요
본 특허는 반도체 기판의 구리 배선 부위만 골라 금속을 형성해 연결하는 영역 선택적 증착 기반 하이브리드 본딩 기술입니다. 구리 제1 영역과 실리콘 산화물(SiO2) 제2 영역을 가진 두 기판에서, SiO2 표면의 반응점을 인히비터(inhibitor)로 차단한 뒤 원자층 증착(ALD) 방식으로 구리 영역에만 금속 박막을 선택 형성합니다. 이어서 두 기판의 금속 박막을 동일 챔버에서 접합하고 유전체를 충진함으로써, 금속 전기 접속과 절연·기계 지지 구조를 함께 구현합니다.
- 핵심 기능
먼저 수소 전처리로 구리 표면의 산화물을 제거하고, SiO2 영역에는 실레인계 또는 할로겐계 인히비터를 흡착시켜 금속 전구체의 흡착과 핵생성을 억제합니다. 이후 산화제 없이 Ru(EtCp)2와 H2 또는 NH3 플라즈마를 이용해 구리 영역에 금속 박막을 형성하고, 대향 박막을 접합한 후 기판 사이를 유전체로 채웁니다.
- 차별 강점
기존 고온·고압 본딩은 열응력, 워페이지 및 미세 피치 정렬 부담이 크고, 비선택적 금속 증착은 유전체 영역의 브리징과 단락을 유발할 수 있습니다. 본 기술은 SiO2 영역의 표면 반응성을 인히비터로 제어하고 비산화성 반응물을 사용함으로써 금속의 선택 성장, 구리 재산화 억제 및 저온 계면층 형성을 함께 지향합니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 3D 반도체 집적, 웨이퍼 레벨 하이브리드 본딩, 미세 피치 인터커넥트, 고집적 적층 구조 공정에 활용 가능하며, 구리·유전체 계면의 선택적 반응 제어 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 AI·고성능 컴퓨팅용 반도체 패키징, 칩렛 인터커넥트, 고대역폭·고집적 반도체 모듈 및 첨단 패키징 공정 장비 분야로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
구리 영역의 산화물 제거, SiO2 영역의 인히비터 처리, 비산화성 원자층 증착, 금속 박막 접합 및 유전체 충진으로 이어지는 공정 구성이 제시되었습니다. 다만 선택성, 접촉저항, 접합강도, 수율 및 장기 신뢰성에 대한 정량 실증 데이터는 제시되지 않았습니다.
- 대상 구조: 구리 제1 영역과 SiO2 제2 영역을 포함하는 제1·제2 기판 구조체
- 표면 처리: H2 전처리 후 실레인계 또는 할로겐계 인히비터를 SiO2 영역에 흡착
- 증착 조건: Ru(EtCp)2와 H2 플라즈마 또는 NH3 플라즈마를 이용한 비산화성 원자층 증착, 200℃ 이하
현재 성과
SiO2 유전체 영역에 인히비터를 흡착시켜 금속 전구체의 흡착과 핵생성을 억제하는 구조입니다. 이를 통해 유전체 영역의 금속 측방 성장에 따른 브리지와 단락 위험을 줄이고, 산화제를 배제해 구리 재산화 및 접촉저항 증가를 낮추는 것을 목표로 합니다.
Ru 박막은 200℃ 이하에서 형성 가능한 공정 조건으로 제시되었습니다. 다만 실제 웨이퍼 수준의 선택성, 접합저항, 접합강도, 수율 및 신뢰성을 비교한 정량 실험 결과는 제시되지 않았습니다.
SiO2 영역을 인히비터로 비활성화한 상태에서 산화제 없는 영역 선택적 원자층 증착을 수행하고, 형성된 금속 박막을 매개로 접합과 유전체 충진을 수행하는 구성이 핵심입니다. 기판별로 서로 다른 계열의 인히비터를 적용하거나 분자 크기와 체인 길이가 다른 인히비터를 순차 적용하는 변형 구성을 포함합니다.
상용화까지 남은 부분
실제 웨이퍼 및 소자 구조에서 금속 선택성, 유전체 영역 잔류 핵생성, 미세 피치 브리지 및 결함률을 정량 검증할 필요가 있습니다.
접촉저항, 접합강도, 유전체 충진 균일성 및 웨이퍼 대면적 공정 균일성을 실증할 필요가 있습니다.
열사이클 수명, 장기 전기적 신뢰성, 양산 장비 조건에서의 공정 재현성과 수율을 검증할 필요가 있습니다.
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
영역 선택적 증착 방법을 이용한 하이브리드 본딩 방법 및 장치
Hybrid bonding method and device using area-selective deposition method
10-2026-0023797 (2026.02.05)
1020260128875 (2026.08.25)
미등록 (심사 중)
김우희, 오지우, 이정민
한양대학교 에리카산학협력단