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신소재공학과 석사과정 천태훈 씨, 반도체공정 개선할 신소재 개발 N

No.1962352
  • 작성자 통합관리자
  • 등록일 : 2011.03.24 00:00
  • 조회수 : 15114

나노크기 반도체 구리배선 공정 한계 극복할 신소재

美물리학회, 세계 나노분야 출판논문 중 학술적 가치 있는 논문으로 선정

국내특허 출원, 국제특허도 출원 준비

[2011-3-24]

 

 “반도체소자의 크기가 나노(nano, 10⁻⁹) 규모로까지 줄어든 상황에서 현재 반도체 제조공정은 전도물질인 구리를 배선에 채우기가 어려워지거나 저항이 커지는 등 한계에 부딪힌 상황입니다. 그래서 이를 극복할 방법이 없을까 지난 1년 동안 연구에 매달린 결과, 공정은 단순화하면서 성능은 향상시킬 수 있는 획기적 신소재를 개발하게 됐죠. 역시 근본적인 해결책은 물성(物性)을 정확히 이해하고 이를 제대로 활용하는 데 있었습니다.”

 

 영남대 대학원 신소재공학과 석사과정에 재학 중인 천태훈(29, 석사4기, 사진)씨는 최근 반도체 공정의 단계를 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 소재를 개발해냈다. 반도체 소자에서 구리 배선을 감싸고 있는 하부의 3개 층(확산방지막, 씨앗층)을 단 1개의 층으로 대체할 수 있는 신소재 'RuAlO'를 최초로 개발해 낸 것이다.

 

 ‘RuAlO'는 루테늄(Ru)의 '원자층 증착공정'(atomic layer deposition, ALD)과 알루미늄 옥사이드(Aluminum Oxide)의 '원자층 증착공정'의 합성을 통해 얻어진 금속재료다. 이것을 반도체 공정에 사용할 경우 20nm이하급 반도체소자에서도 구리배선이 투입될 공간을 충분히 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 이 물질 위에서 전기분해의 원리를 이용해 직접 구리배선에 얇은 막을 입히는 직접전해도금(Direct plating)이 가능해져 구리배선이 채워지는 특성 역시 향상시킬 수 있다. 게다가 저항까지 줄일 수 있게 돼 반도체 소자의 크기를 극소화하면서도 동시에 성능까지 향상시킬 수 있다.

 

 이러한 연구결과는 지난해 3월부터 지식경제부에서 매년 20억 원을 지원하는 ‘산업원천기술 개발과제’의 일환인 초미세‧고신뢰성 배선기술 개발과제를 수행하던 과정에서 얻어진 것으로, 지난해 국제학회에서 발표돼 학계의 비상한 관심을 끌었다. 그리고 지난 3월 초에는 SCI급 국제저널인 ≪Electrochemical and Solid-state Letters≫(3월8일자)에도 실려 가치를 인정받았다.

 

 게다가 이달 21일에는 미국물리학회(American Physical Society)와 미국물리학학회(American Institute of Physics)에서 공동 발간하는 ≪Virtual Journal Of Nanoscale Science & Technology에까지 실렸다. ≪Virtual Journal Of Nanoscale Science & Technology≫는 전 세계 나노분야 출판논문 가운데 학술적 가치가 충분한 논문 90여 편을 선정해 주(週)단위로 싣고 있는데, 천 씨의 논문이 이전 주 발행지에 실려 국제학계는 물론 반도체산업계로부터도 더욱 큰 주목을 받게 된 것이다. 다음 달에는 샌프란시스코에서 열리는, 재료분야 최대 규모의 국제학회인 ‘Materials Research Society’(미국 재료학회)에서도 발표될 예정이다.

 

 이러한 성과에 대해 논문지도를 맡은 김수현 교수(37, 신소재공학부, 사진 오른쪽)는 “대학원 석사과정에 있는 학생이 쓴 논문이 ≪Nature≫나 ≪Science≫ 등에 실린 나노분야 논문들과 어깨를 나란히 하고 선정됐다는 것은 대단한 일”이라면서 “성능과 집적도 향상을 위해 계속해서 반도체소자의 크기를 줄여가는 과정에서 충분한 성능을 확보할 수 없다는 한계에 봉착해 있었던 반도체 배선 공정에 비로소 숨통을 트이게 하는 획기적 연구결과”라고 평가했다.

 

 현재 영남대 중앙기기센터 조교로도 활동 중인 천 씨는 다양한 분석기법을 활용한 재료의 물성이해에 많은 관심을 가지고 있다. 학위를 마친 뒤에도 관련 분야에서 연구를 계속하고 싶다는 그는 “이번에 개발한 RuAIO를 이미 국내특허 출원을 마쳤고, 국제특허 출원도 준비 중인데, 앞으로는 다른 분야에도 활용될 수 있는 지 계속 실험해 볼 계획”이라며 “그 어떠한 신기술이라도 재료가 되는 물질에 대한 충분한 이해와 그를 바탕으로 한 다양한 응용시도, 그리고 수많은 시행착오를 겪어야 비로소 탄생할 수 있다. 정밀한 분석을 바탕으로 하는 재료의 물성(物性) 연구는 그 만큼 중요하고 보람된 일”이라며 활짝 웃었다.

 

 

원자층 증착공정 [原子層蒸着, atomic layer deposition] 출처: IT용어사전

반도체 제조 공정 중 화학적으로 달라붙는 단원자층의 현상을 이용한 나노 박막증착 기술. 웨이퍼 표면에서 분자의 흡착과 치환을 번갈아 진행함으로 원자층 두께의 초미세 층간(layer-by-layer) 증착이 가능하고, 산화물과 금속 박막을 최대한 얇게 쌓을 수 있으며, 가스의 화학반응으로 형성된 입자들을 웨이퍼 표면에 증착시키는 화학기상 증착(CVD)보다 낮은 온도(500도 이하)에서 막질을 형성할 수 있어 시스템온칩(SoC) 제조에 적합하다. 첨단기술 분야의 종주국으로서 우리나라는 핵심기술을 외국에 수출하는 선도적인 위치에 있다