표면 결함이 전혀 없고 제조중에 발생하는 중금속 오염 가능성을 최소화시켜 256MD램 이상의 초고집적 반도체의 생산수율을 획기적으로 향상시킬 수 있는 새로운 개념의 실리콘 웨이퍼 제조기술이 세계 처음으로 국내에서 개발됐다.
특히 이 기술은 반도체 생산원가 절감은 물론 연간 수천만 달러 규모의 기술료 수입까지 예상되고 있어 국내 반도체산업 전반에 걸친 경쟁력 향상 효과가 기대된다.
한양대 첨단 반도체 소재·소자 개발연구소 박재근교수팀(전자전기공학부)과 삼성전자는 공동으로 256MD램 이상 고용량 메모리 반도체의 품질과 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 200㎜ 웨이퍼용 「슈퍼 실리콘 웨이퍼」를 개발했다고 16일 밝혔다.
일본이나 미국 웨이퍼업체들이 기존 폴리시드 웨이퍼가 가진 표면 결정결함을 없애기 위해 추가적인 열처리 방법을 사용하는 이른바 「에피 웨이퍼」라는 제품을 생산하고 있으나 별도의 추가공정이나 비용부담 없이 웨이퍼 성장 과정에서부터 결정결함은 완벽하게 없애고 오염물질 발생을 줄이는 기술을 개발한 것은 이번이 처음이다.
현재 반도체 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼는 제조 과정에서 결정결함과 금속원자 등으로 인한 중금속 오염이 불가피한 것으로 여겨왔으며 특히 0.18㎛급 이하의 초미세회로 공정을 이용하는 256MD램 이상의 반도체 제조공정에서는 회로의 단절 등 치명적인 오류를 발생시켜 불량률을 높이는 결정적인 원인이 돼 왔다.
이 문제를 해결하기 위해 일부 외국 업체들이 기존 폴리시드 웨이퍼 생산공정에 열처리 과정을 추가해 웨이퍼의 표면을 매끄럽게 만든 에피 웨이퍼는 열처리 과정에서 웨이퍼가 휘거나 중금속에 역오염될 위험성이 높고 생산단가가 1.5배 가량 높아진다는 단점 때문에 소자업체들의 외면을 받아왔다.
하지만 박교수팀이 삼성전자와 개발한 기술은 별도의 추가공정 없이 실리콘 결정성장 과정에서 고밀도의 산소 석출물을 투입하는 방법으로 웨이퍼 표면 결함을 없애고 중금속 오염을 제거할 수 있기 때문에 생산원가를 크게 줄일 수 있다는 설명이다.
이번에 삼성전자와 공동으로 슈퍼 실리콘 웨이퍼 기술을 개발한 박 교수는 지난해 삼성전자 반도체 연구소에서 무결정결함 웨이퍼를 개발해 1억원의 성과급을 받은 인물로 최근 한양대 교수로 자리를 옮겨 기존의 무결정결함기술에 중금속 저감기술을 접목시켜 기술개발에 성공했다.
연구팀은 현재 슈퍼 실리콘 웨이퍼 제조기술과 관련된 2건의 특허를 국내외 8개국에 출원했으며 웨이퍼 생산업체인 일본 미쓰비시머티리얼스실리콘(MSIL)사 등과 기술이전 협의를 진행중이다.
박교수팀과 삼성전자는 이번 200㎜ 웨이퍼용 슈퍼 실리콘 웨이퍼 기술을 차세대 웨이퍼인 300㎜ 웨이퍼에 적용할 수 있는 「슈퍼 실리콘 웨이퍼Ⅱ」 개발을 추진할 계획이다.
<최승철기자 scchoi@etnews.co.kr>