KR-20260060750-A - METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE

Abstract

본 발명은 복수개의 도너 기판 상에 반도체 소자 기능층을 형성하여 반도체 소자 제조를 위한 기능층 모듈러를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 기능층 모듈러로부터 리시버 기판 상으로 상기 반도체 소자 기능층을 전사하는 단계;를 포함하는, 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

Inventors

• 허근
• 장현식
• 봉정우
• 이재현
• 문지윤
• 김승일

Assignees

• 전북대학교산학협력단
• 아주대학교산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241025

Claims (9)

1. 복수개의 도너 기판 상에 반도체 소자 기능층을 형성하여 반도체 소자 제조를 위한 기능층 모듈러를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 기능층 모듈러로부터 리시버 기판 상으로 상기 반도체 소자 기능층을 전사하는 단계;를 포함하는, 반도체 소자의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 소자 기능층은 전극층, 채널층, 게이트층 및 절연체층 중 어느 하나 이상의 층인, 반도체 소자의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 기능층 모듈러를 제조하는 단계는, 상기 도너 기판 상에 이차원 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 이차원 물질층을 패턴화하여 상기 반도체 소자 기능층을 형성하는 단계;를 포함하는, 반도체 소자의 제조 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 소자 기능층을 전사하는 단계는 포토 리소그래피법, 전자빔 리소그래피법, 나노임프린트법 및 스탬프법 중 적어도 하나의 방법에 따라 수행되는 것인, 반도체 소자의 제조 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 소자 기능층은 반 데르 발스 힘에 의해 적층되는 것인, 반도체 소자의 제조 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 도너 기판 또는 상기 리시버 기판은 유리, Si 웨이퍼, SiO 2 웨이퍼, 사파이어 웨이퍼, 고분자 수지 중 어느 하나 인 것인, 반도체 소자의 제조 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 소자 기능층은 BN, h-BN, NbS 2 , MoS 2 , V 2 O 5 , Bi 2 Te 3 , Bi 2 Se 3 , α-MoO 3 , HfSe 2 , GaTe, InSe, GaSe, GaS, GeS, SnSe 2 , SnS 2 , PdSe 2 , ReSe 2 , ReS 2 , MoTe 2 , WSe 2 , WS 2 , MoSe 2 , PtSe 2 , WTe 2 , TiS 2 , GeSe 2, 그래핀 및 흑인(black phosphorus)중 어느 하나의 물질로 형성되는 것인, 반도체 소자의 제조 방법.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 반도체 소자는 다이오드, 발광다이오드, 포토다이오드, 트랜지스터, 메모리 IC 및 시스템 IC 중 어느 하나인, 반도체 소자의 제조 방법.
9. 제 1 항에 따른 방법으로 제조된 트랜지스터를 하나의 유닛으로 하고, 상기 트랜지스터 유닛이 복수개 평면 연결되거나, 복수개 수직 적층되어 형성되는, 상보형 전계 효과 트랜지스터.

Description

반도체 소자의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE} 본 발명은 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 모듈러 제작을 통해 반도체 소자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 초소형 전자 기기를 만들거나, 혹은 더 높은 에너지 효율과 성능을 지니는 제품 생산을 기대하기 위하여 반도체 선폭 미세화의 과정은 필수적이다. 회로 선폭이 좁아질수록 더 작은 칩을 제조할 수 있어 동일 웨이퍼 기준 생산성이 높아진다. 전 세계적으로 반도체 수요가 급증한 현 상황에서 초고집적 반도체 공정 기술은 매우 중요하다. 하지만 전통적인 구조 구현의 관점에서는 2차원은 갈수록 축소되고 이에 따른 패터닝 종횡비가 증가하게 되면, 결국 한계가 올 수 밖에 없다. 즉, 기존의 미세화 공정은 기술적으로 제조과정이 복잡하고, 수직-고집적화에 어려움이 있어 생산 과정에서 발생하는 결함에 의해 수율이 떨어지는 어려움이 존재했다. 또한, 미세화 공정에 필요한 비용 문제로 인해 생산 규모 측면에서 제한되기도 한다. 게다가 회로 선폭이 수 nm 대역으로 축소되면서 양자 역학적 터널링 효과가 발생해 소자 동작에 영향을 미치기 시작했으며, 이는 곧 소자의 효율과 속도, 안정성의 저하, 발명의 문제 등을 가져온다. 발열의 경우 극미세 공정에서 트랜지스터의 크기를 미세화하더라도 소자 간 간격이 좁아지면서 금속의 저항이 커지며 발생하게 되는데 특히 현재 폭발적인 데이터 양으로 인해 데이터 센터의 증축이 들어가면서 서버 D램에서는 발열이 메인 이슈로 거론된다. Si 물질의 열 전도성이 다른 반도체 소재에 비해 낮으며, 높은 열 발생률을 가진 작은 크기의 반도체 소자에서 상기 Si 물질이 사용됨에 따라 열이 축적되어 소자의 신뢰성과 수명이 저하될 수 있다. 이뿐만 아니라 산화에 대한 저항성이 낮아 소자 축소로 인한 산화 문제가 발생할 수 있으며, 전하 분포의 불균일성 및 내부에서 정전기 방전 등의 문제가 발생해 전기적 그리고 물리적으로 소자로서 불안정성을 나타낸다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정을 도시한 모식도이다. 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정을 도시한 모식도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 반도체 소자의 전자이동도 평가한 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본 명세서에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 또한, 본원 명세서 전체에서, "~하는 단계" 또는 "~의 단계"는 "~를 위한 단계"를 의미하지 않는다. 본 발명의 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 요지를 통하여 다양한 응용을 할 수 있으므로, 본 발명의 권리범위는 이하의 실시예로 한정되지 않는다. 본 발 명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항을 기초로 하여 본 발명의 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자가 종래 기술을 이용하여 용이하게 치환 또는 변경하는 것이 자명한 부분에까지 미친다. 이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 상술한 목적을 달성하기 위한 수단으로, 본 발명은 반도체 소자의 제조 방법을 개시한다. 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정을 도시한 모식도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 복수개의 도너 기판 상에 반도체 소자 기능층을 형성하여 반도체 소자 제조를 위한 기능층 모듈러를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 기능층 모듈러로부터 리시버 기판 상으로 상기 반도체 소자 기능층을 전사하는 단계;를 포함하는 것을 확인할 수 있다. 또한 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 복수개의 반도체 소자를 동시에 제조할 수 있다. 도 2는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정을 도시한 모식도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 상기 도너 기판 상에 복수개의 반도체 소자 기능층을 특정 간격으로 이격 형성하여 반도체 소자 제조를 위한 기능층 모듈러를 제조하는 단계; 및 상기 제조된 기능층 모듈러로부터 리시버 기판 상으로 상기 복수개의 반도체 소자 기능층을 순자척으로 전사하는 단계;를 포함하는 것을 확인할 수 있다. 다시 말해, 소망하는 반도체 소자 배열에 따라, 상기 도너 기판 상에 복수개의 상기 반도체 소자 기능층을 이격 형성하는 간단한 조작을 통하여, 보다 간편한 방법으로 복수개의 반도체 소자를 동시에 제조하는 효과를 기대할 수 있다. 본 발명의 반도체 소자 기능층에 있어서, 상기 기능이란 반도체 소자 내에서 각 물질이 수행하는 특성을 의미하며, 예컨대, 전극, 채널, 게이트, 절연체 등 일 수 있다. 이에 따라 상기 반도체 소자 기능층은 구체적으로 전극층, 채널층, 게이트층 및 절연체층 중 어느 하나 이상의 층일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서 상기 기능층 모듈러를 제조하는 단계는, 상기 도너 기판 상에 이차원 물질층을 형성하는 단계; 및 상기 형성된 이차원 물질층을 패턴화하여 반도체 소자 기능층을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다. 상기 도너 기판 상에 이차원 물질층을 형성하는 방법은 어느 특정한 방법으로 제한되는 것은 아니며, 예컨대, 열증착법, 스프레이법, 스핀 코팅법, 딥핑법, 프린팅법, 닥터 블레이딩법, 전기영동법 등의 방법을 적절히 선택하여 수행할 수 있다. 상기 형성된 이차원 물질층을 패턴화하는 방법은 건식 식각법 또는 습식 식각법을 통해 수행될 수 있다. 상기 건식 식각법은 기체 플라즈마나 활성화된 기체에 의한 반응을 이용한 식각 공정을 의미하며, 예컨대, 스퍼터 식각법, 반응성 이온 식각법, 증기상 식각법 등일 수 있다. 상기 습식 식각법은 목표 금속만을 용해하는 성질을 가지는 액체의 약품을 사용한 식각 공정을 의미하며, 예컨대, 딥(dip) 식각법, 스프레이식 식각법, 스핀식 식각법 등일 수 있다. 상기 도너 기판 상에 형성된 이차원 물질층은 단일층이어도 되고, 복수개의 층의 형성될 수도 있다. 상기 복수개의 층이란 상기 반도체 소자 기능층이 도너 기판 또는 상기 리시버 기판과 맞닿는 면에 형성된 보호층을 포함할 수 있다. 상기 보호층을 포함하는 복수개의 이차원 물질층을 형성할 경우, 상기 도너 기판으로부터 상기 리시버 기판으로 상기 반도체 소자 기능층이 전사될 때 발생할 수 있는 반도체 소자 기능층의 소실을 저감시키는 효과를 기대할 수 있다. 여기서 상기 반도체 소자 기능층을 전사하는 단계는 공지된 기술을 이용하여 수행될 수 있다. 예컨대, 포토 리소그래피법, 전자빔 리소그래피법, 나노임프린트법 및 스탬프법 중 적어도 하나의 방법에 따라 수행될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 여기서 상기 반도체 소자 기능층은 반 데르 발스 힘에 의해 적층될 수 있다. 상기 반 데르 발스 힘이란 중성 분자 혹은 원자 사이의 거리가 가까워지면 인력이 강해지는데, 이 힘의 근원인 쌍극자-쌍극자, 쌍극자-유도 쌍극자, 유도 쌍극자-유도 쌍극자 사이에 작용하는 정전기적 인력을 일컫는다. 즉, 상기 반 데르 발스 힘은 분자간에 작용하는 힘을 말하며, 원자들의 결합에 의한 이온 결합 또는 공유 결합과 같은 힘과 구별된다. 즉, 본 발명의 반도체 소자 제조 방법은 각 기능층의 소재로 2차원 물질을 이용함에 따라, 상술한 반 데르 발스 힘을 이용하여 각 기능층을 적층할 수 있어, 종래에 각 기능층을 형성하기 위하여 수행했던 증착 등의 복잡한 공정 없이 보다 간편한 방법으로 반도체 소자를 제조할 수 있다. 여기서 상기 반도체 소자 기능층에 활용되는 2차원 물질은, 구체적으로 BN, h-BN, NbS2, MoS2, V2O5, Bi2Te3, Bi2Se3, α-MoO3, HfSe2, GaTe, InSe, GaSe, GaS, GeS, SnSe2, SnS2, PdSe2, ReSe2, ReS2, MoTe2, WSe2, WS2, MoSe2, PtSe2, WTe2, TiS2, GeSe2, 그래핀 및 흑인(black phosphorus)중 어느 하나의 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중 상기 BN 및 h-BN은 비정질상인 것을 이용함이 바람직할 수 있다. 상술한 2차원 물질은 그 소재가 갖고 있는 특성에 기반하여, 전극층, 채널층, 게이트층, 절연체층 등으로 이용될 수 있다. 예컨대, 상술한 물질 중 상기 h-BN은 절연체층으로서 이용될 수 있고, 상기 NbS2는 전극층으로서 이용될 수 있고, 상기 MoS2는 채널층으로서 이용될 수 있다. 상기 반도체 소자 기능층을 적층하는 단계는 서로 다른 기능을 수행하는 반도체 소자 기능층을 각각 적층하는 것일 수 있으며, 동일한 기능을 수행하는 반도체 소자 기능층을 n번 적층하는 것일 수 있다. 여기서 n은 1 내지 20의 정수이다. 예시적으로, 상기 리시버 기판 상에 제1 반도체 소자 기능층으로서 전극층이 전사된 이후, 상기 전극층 상에 제2 반도체 소자 기능층으로서 채널층이 적층될 수 있다. 또한 예시적으로, 상기 리시버 기판 상에 제1 반도체 소자 기능층으로서 제1 전극층이 전사된 이후, 제2 반도체 소자 기능층으로서 상기 제1 전극층과 다른 물질로 형성된 제2 전극층이 개재함에 따라, 제1 전극층의 성능을 보완하거나 도핑하는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 특정 기능층에 기인하는 반도체 소자 성능 저하가 발생하게 되면, 상기 반도체 소자 기능