요약
반도체 산업에서 소자 크기의 감소는 10nm 이하의 제품을 필요로 하며, 기존 제조 방법으로는 물리적 한계가 있습니다. 영역 선택적 원자층 증착(AS-ALD) 기술은 다양한 기판에 균일한 두께의 박막을 형성할 수 있어 반도체 소자의 성능을 향상하고 전자 제품의 수명을 연장하는 데 기여합니다. 이 기술은 기존의 리소그래피와 에칭 공정의 한계를 극복하고 대규모 생산 환경에서도 일관된 성능을 유지하여, 반도체 기기의 제조 정밀성을 높이고 기술의 신뢰성을 제공합니다. 실험 결과, 다양한 기판에서의 억제제 흡착 효율성을 통해 다양한 박막 기술에 적용할 가능성을 시사합니다. 이러한 기술적 혁신은 반도체뿐 아니라 디스플레이, 센서 등 다양한 전자 분야에서 활용되어 전력 소모를 줄이고 성능을 향상시킬 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: 영역-선택적 원자층 증착법을 이용한 박막의 선택적 증착방법 및 박막이 선택적으로 형성된 기판
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발명자: 이한보람 교수
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출원번호: 10-2023-0034369
상세 정보
발명의 배경
배경 설명
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반도체 산업에서 소자 크기의 감소는 10nm 이하의 제품을 필요로 하고 있으며, 기존 제조 방법으로는 물리적 한계가 있어 새로운 기술 도입이 필요함
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원자층 증착법은 균일한 두께 제어와 우수한 도포성으로 인기를 얻고 있으며, 이를 통해 향상된 반도체 성능과 신뢰성을 기대할 수 있음
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이 기술은 금속 및 금속 산화물 등 다양한 소재의 박막을 형성함으로써 반도체 소자의 성능을 높이고 전자 제품의 수명을 연장하는 데 기여할 수 있음
기존 기술의 문제점
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반도체 소자의 소형화로 인한 제조의 복잡성 증가는 기존 기술의 불능 문제를 야기할 수 있으며, 이런 문제는 기존의 리소그래피와 에칭 공정의 한계에서 기인함
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ASD 기술은 표면 화학 반응성을 제어함으로써 국부적 증착을 가능하게 하여, 기존 공정에서 발생하는 패턴화 불량을 개선할 수 있음
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신뢰성 높은 ASD 기술은 소형화된 소자의 제조 정밀성을 높여 기존 대량생산의 어려움을 극복할 수 있는 가능성을 제공
기술의 필요성
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최신 반도체 기술들은 소형화와 더불어 성능 향상 요구에 직면해 있으며, 이에 따라 새로운 첨단 기술의 도입이 필수적임
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영역 선택적 원자층 증착 기술은 다양한 기판 및 재질에서 각각 다른 두께의 박막을 자유롭게 형성할 수 있어, 다양한 응용 가능성을 제공함
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기술의 개선을 통해 생산성 향상과 불량률 감소를 기대할 수 있으며, 이를 통해 전반적인 비용 절감과 산업적 가치 증대에 기여할 수 있음
구현 방법
기술의 원리
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영역-선택적 원자층 증착(AS-ALD)은 반도체 기판의 표면에 얇은 박막을 형성하는 기술로, 각 기판의 화학적 특성을 활용하여 목표한 박막의 두께와 균일성을 확보함
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이 기술은 선구체와 반응물의 화학적 결합을 통해 이루어지며, 주기적 퍼지 과정을 통한 불활성 기체 사용으로 높은 순도의 박막 형성이 가능함
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기판의 특성에 따라 적합한 반응 조건을 조절하여 보다 복잡하고 다양한 반도체 구조를 구현할 수 있음
구체적인 구현 방법
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AS-ALD의 구현은 기판의 특성에 따라 전구체와 반응물의 선택으로 시작되며, 각 단계는 주기적으로 반복됨으로써 박막의 두께가 제어됨
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예를 들어, 티타늄 기판에는 산화하프늄 전구체가 사용되며, 이를 통해 다양한 화학적 특성을 가진 박막을 형성함
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최종적으로 얻어지는 박막은 고도로 균일하며, 이는 전자 및 전기적 특성을 안정화시켜 고성능 반도체 기기의 제조에 적합함
기술의 장점
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AS-ALD는 다양한 기판에 균일하고 세밀한 박막을 형성할 수 있어, 소형화되고 있는 최신 전자 기기에 매우 적합함
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기술적 구현의 신뢰성 덕분에 대규모 생산 환경에서도 일관된 성능이 유지됨
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이론과 실제 간의 강한 연결성을 바탕으로 시행되는 AS-ALD는 재료 소모와 탄소 배출을 줄여 환경 친화적인 생산이 가능함
실험 및 결과
실험 목적
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영역-선택적 원자층 증착법의 성능을 평가하기 위해 다양한 기판에서 유기티올 억제제의 흡착 효율성을 측정함. 온도 조건에 따른 박막 형성의 변화를 확인하여, 기술 적용 가능성을 확인하는 것이 주요 목표임.
실험 방법 및 과정
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구리(Cu), 이산화규소(SiO2), 질화티타늄(TiN) 기판을 사용하여 각각 다른 온도 조건(200, 300, 400도)에서 유기티올 저분자 억제제의 노출 시간에 따른 물 접촉각 변화를 측정함. 기판 특성에 따른 물리적, 화학적 변화 및 흡착 특성을 평가함.
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구리 기판에서는 억제제 노출 후 15초 내에 물 접촉각이 55도에서 95도로 증가, 30초 후에는 98도로 포화됨을 관찰함. 이산화규소 기판에서는 44도에서 76도로의 증가가 있었으며, 기판 온도에 따른 흡착 차이가 발견됨.
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질화티타늄 기판에서는 물 접촉각의 유의미한 변화가 없어, 억제제와의 반응성이 낮음을 확인함. 이는 기판 특성에 따른 흡착 효율성의 차이를 보여줌.
실험 결과
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구리 기판에서는 억제제가 효과적으로 흡착되어 물 접촉각의 빠른 증가를 유도하였으며, 이는 박막 형성의 가능성을 확인함. 이산화규소 기판 또한 흡착이 관찰되었으나, 온도 조건에 따라 흡착 효율에 차이가 나타남.
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질화티타늄 기판에서는 유기티올 억제제의 흡착이 거의 없었으며, 이로 인해 억제제의 특성에 따라 특정 기판에서의 흡착 효율성이 낮음을 알 수 있음.
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실험 결과, 영역-선택적 원자층 증착법은 기판의 특성에 따른 흡착 차이를 통해 다양한 박막 기술에 적용할 가능성을 보여줌.
활용 방안 및 기대효과
활용 방안
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영역-선택적 원자층 증착법은 다양한 두께의 박막을 형성할 수 있어 반도체 기기 제조에 직접 활용될 수 있음. 이를 통해 높은 성능의 전자 장치 제조가 가능함.
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이 기술은 반도체뿐 아니라 디스플레이, 센서 등 다양한 전자 분야에서도 사용할 수 있으며, 제품의 수명을 연장하고 안정성을 높일 수 있음.
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고유의 화학적 특성을 갖춘 박막은 전력 소모를 줄이고, 전자 기기의 성능을 향상시킬 수 있으며, 여러 산업 분야에서 적용 가능함.
기대효과
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증착한 박막은 고전력 소모를 줄이고 제품 효율을 높이는 데 기여할 수 있으며, 시장 경쟁력 향상에 큰 영향 미침.
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이 기술은 고정밀 전자 장치에서의 수요 증가가 예상되며, 심층적인 데이터 처리 장치의 효율성을 높일 것으로 기대됨.
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친환경적인 제조 공정으로 탄소 배출을 줄이고, 지속 가능한 생산 환경을 구축하는 데 기여할 수 있음. 이는 관련 산업의 경제적 가치와 지속 가능성을 동시에 도모함.
시장 동향
원자층 증착 시장 동향
친환경 제조 공정 시장
대표도면
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