김상섭 기자
이한보람 교수와 민경민(석박통합과정).(사진= 인천대 제공)
[뉴스통신=김상섭 기자] 인천대(총장 이인재)신소재공학과 이한보람교수 연구팀 논문이 세계최고 화학학술지 ‘JACS’에 게재됐다.
10일 인천대학교는 이한보람교수 연구팀주도 연구가 세계 최고권위의 화학학술지 Journal of the American Chemical Society(JACS, 피인용지수: 15.7)에 게재됐다고 밝혔다.
이번 연구는 차세대 반도체의 배선물질로 주목받는 루테늄의 원자층 증착공정에서 고질적인 걸림돌이었던 계면 산화막 형성한계를 해결해 학계와 산업계의 이목을 집중시키고 있다.
최근 반도체 공정이 나노미터 단위로 극미세화됨에 따라, 기존 구리배선을 대체할 유력한 후보로 루테늄이 각광받고 있으나 기존 루테늄 증착공정은 강한 산화제에 의존해 왔다.
이 방식은 초기 증착과정에서 하부기판을 동시에 산화시켜 접촉저항을 급격히 높이는 치명적인 부작용을 유발한다.
이를 우회하기 위해 수소분자나 플라즈마 활용 공정이 대안으로 제시되기도 했지만 수소분자는 화학적반응 장벽이 너무높아 순도높은 루테늄을 증착하기 어려웠다.
또, 플라즈마 공정은 복잡한 3차원구조 내부에서 활성입자가 기판바닥에 도달하기전에 재결합해 박막이 고르게 쌓이지 않는 한계가 존재했다.
이한보람 교수연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 분자상태의 수소를 미리쪼갠 원자수소를 반응물로 도입하는 독창적인 접근법을 시도했다.
연구팀은 핫와이어(hot-wire)시스템을 이용해 안정적으로 원자수소를 공급하는 공정을 설계했다.
이 원자 수소는 루테늄 전구체의 분해반응 장벽을 획기적으로 낮춰 100 °C의 매우 낮은 증착온도에서도 루테늄 전구체의 유기리간드를 효과적으로 제거한다.
연구팀은 이러한 화학적 메커니즘을 이론적·실험적으로 완벽히 규명했으며, 더나아가 차세대 미세 패터닝기술인 영역선택적 원자층 증착법(ASD)으로 확장 가능성도 함께 제시했다.
반도체소자의 특정표면에만 선택적으로 루테늄 박막을 증착시키는 차세대 패터닝 기술을 확고히 다진 것이다.
연구결과, 표면 차단층을 재투입하는 공정을 통해 원치 않는 영역의 성장을 완벽히 차단하고 목표영역에만 정밀하게 루테늄을 성장시켰다.
연구팀의 이번성과는 복잡한 나노 스케일 반도체 아키텍처 내에서 고순도 금속배선을 균일하게 증착할 수 있는 화학적 가이드라인을 제공했다는 점에서 학술적 가치가 매우 높다.
아울러 산업적으로도 차세대 반도체 제조공정의 수율과 전기적 성능을 극대화할 수 있는 금속배선기술 경쟁력확보에 핵심적인 결과가 될 것으로 기대된다.
