특허 개요
본 특허는 구리 표면을 한 층씩 선택적으로 제거하는 열화학적 원자층 식각(Atomic Layer Etching, ALE) 방법입니다. 염소계 전구체인 SO₂Cl₂ 등을 공급해 구리 표면에 CuCl₂ 개질층을 만든 뒤, H₂O 등의 반응물질로 휘발성 부산물을 형성해 제거합니다. 전구체 공급, 불활성 가스 퍼지, 반응물질 공급, 재퍼지로 이루어진 원자층 식각 유닛 공정을 반복함으로써 구리 제거량을 제어하는 방식입니다.
- 핵심 기능
염소 함유 전구체가 구리 표면을 염소화해 CuCl₂ 개질층을 형성하고, 후속 반응물질이 개질층과 반응해 휘발성 부산물을 만듭니다. 각 반응 뒤 Ar 또는 N₂로 미반응 물질을 제거하며, 이 순차 공정을 반복해 구리 식각을 진행합니다.
- 차별 강점
기존 플라즈마 식각은 이온 에너지와 라디칼 플럭스 제어의 한계로 패턴 손상, 균일성 및 선택비 문제가 발생할 수 있으며, 구리는 휘발성 부산물 형성이 어려워 건식 미세 식각이 까다롭습니다. 본 기술은 플라즈마 대신 열에너지와 염소화·리간드 추가 휘발화 반응을 이용해 구리 선택적 식각과 등방성 식각을 지향한다는 점에서 차별화됩니다.
- 활용 범위
기술·연구 측면에서는 반도체 금속배선 미세 패터닝, 구리 박막 표면 처리, 3D 반도체 구조 식각 및 원자층 공정 개발에 활용 가능하며, 구리와 Ru·W·Co 등 인접 금속의 선택적 공정 조건 연구로 확장할 수 있습니다. 사업 측면에서는 구리 배선 형성 장비·소재, 다마신 공정, 구리 CMP 대체 또는 보완 공정, 첨단 반도체 제조용 식각 솔루션으로 확장할 수 있습니다.
연구 개발 단계
구리 박막과 구리·Ru·W·Co 시편에서 SO₂Cl₂와 H₂O를 순차 공급하는 열화학적 ALE를 검증했으며, 단일 반응물질 공정 및 HF 전구체 조건과 비교해 염소계 전구체와 순차 반응의 필요성을 확인했습니다. 실제 반도체 패턴에서의 대면적 균일성, 고종횡비 구조 도포성, 공정 재현성, 소자 통합 및 장기 신뢰성은 문서에서 확인되지 않습니다.
- 시료: 구리 박막 및 구리·Ru·W·Co 시편
- 비교 공정: SO₂Cl₂+H₂O 순차 공정, 단일 반응물질 공정, HF 전구체 공정, TMEDA 반응물질 공정
- 공정 조건: 125℃ 또는 150℃ 챔버에서 SO₂Cl₂·H₂O 순차 공급 및 Ar 또는 N₂ 퍼지, 최대 50 cycle
현재 성과
SO₂Cl₂ 전구체와 H₂O 반응물질을 조합한 조건에서 구리 식각률이 확인되었습니다. 동일 전구체 조건에서 TMEDA를 반응물질로 사용한 경우의 0.33 nm/cycle @150℃와 함께 반응물질별 식각 특성을 제시합니다.
150℃ 조건에서 SO₂Cl₂와 H₂O를 모두 사용한 경우 구리 식각이 이루어졌고, Ru·W·Co는 식각되지 않았습니다. SO₂Cl₂ 단독 또는 H₂O 단독 조건에서는 Cu·Ru·W·Co 모두 식각되지 않아 두 반응물질의 순차 공급 필요성을 확인했습니다.
구리 표면을 염소화해 CuCl₂ 개질층을 형성하고, H₂O 등 반응물질로 휘발성 부산물을 형성·제거하는 공정 구성입니다. HF 전구체에서는 반응물질 종류와 무관하게 두께 변화가 나타나지 않아, 구리 ALE에서 염소 함유 전구체의 선택적 역할을 확인했습니다.
상용화까지 남은 부분
실제 반도체 패턴에서의 대면적 식각 균일성 및 패턴별 공정 편차 검증
고종횡비 구조에서의 반응물질 도달성, 도포성 및 식각 프로파일 검증
후속 배선·절연막 공정과의 통합성, 잔류 염소 관리 및 장기 신뢰성 검증
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
열화학적 원자층 식각 공정을 이용한 구리 식각 방법
Copper etching method using thermochemical atomic layer etching process
10-2024-0119076 (2024.09.03)
1020260033713 (2026.03.10)
미등록 (심사 중)
김우희, 이정빈, 김정태, 이동준
한양대학교 에리카산학협력단