반도체 웨이퍼에 원자층 두께의 막을 균일하고 안정적으로 증착하는 공정 기술이 개발됐다.
개발 주역은 서준기 UNIST 신소재공학과(반도체 소재·부품 대학원) 교수팀과 정창욱 교수, 펭딩(Feng Ding) 중국과학원 선전선진기술연구원 교수, 김성수 세종대 교수가 참여한 공동 연구팀이다.
공동 연구팀은 유기금속화학기상증착법(MOCVD)을 활용해 200도의 저온에서 주석 셀레나이드계 물질로 된 얇은 막을 웨이퍼 단위 대면적에 증착하는데 성공했다.
MOCVD는 높은 정밀도로 대면적 웨이퍼에 박막을 증착할 수 있는 차세대 공정이다. 하지만 화학 반응으로 필요한 물질을 합성하기 위해 650도 이상의 높은 온도에서 리간드(수용체와 같은 큰 분자에 특이적으로 결합하는 물질을 나타내는 용어)를 분해해야만 했다.
연구팀은 MOCVD에 주석 셀레나이드계 물질(SnSe2, SnSe)을 적용, 200도에서 나노 수준의 균일한 박막 증착에 성공해 이 같은 고온 문제를 해결했다. 낮은 온도에서 증착을 위해 리간드가 분해되는 온도 구간과 박막이 증착되는 온도 구간을 물리적으로 분리했다. 증착에 사용하는 주석과 셀레늄 전구체 비율을 조절하고 전구체를 운반하는 알곤가스 유량도 정밀 조절한 결과다.
개발 공정을 대면적 웨이퍼에 적용해 증착 박막의 높은 결정성, 화학적으로 변하지 않은 상태를 확인했다.
서준기 교수는 “반도체 박막 소재의 화학적 변화 단계에 맞춰 고유 열역학과 동력학적 거동 기반의 새로운 공정 전략을 제시했다”며 “차세대 반도체 소재 맞춤형 공정으로써 전자소자 응용 연구 가속화에 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 '어드밴스드 머티리얼스' 4월 10일 온라인에 게재됐다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com