[테크월드뉴스=조명의 기자] 한양대 ERICA 재료화학공학과 안지훈 교수가 매우 저항이 낮아 차세대 반도체 배선으로도 활용할 수 있는 새로운 소재와 그 공정을 개발했다.
몰리브데넘카바이드 극박막 공정은 아이켐스와 산학 공동연구를 통해 개발됐으며, 반도체 배선에 적용할 경우 초미세화된 반도체 소자의 성능을 크게 향상시킬 수 있을 것으로 평가 받는다.
기존 반도체 배선소재로 많이 사용되는 구리나 텅스텐은 반도체 미세화와 선폭 감소에 따라 전기전도 능력이 급격히 감소해, 전 세계적으로 새로운 배선소재 개발이 진행되고 있다. 몰리브덴 또는 몰리브데넘 화합물은 낮은 저항특성과 열화학적 안정성이 우수하다는 장점을 가져 차세대 반도체 배선소재로 주목을 받고 있었으나, 몰리브데넘 화합물을 매우 얇게 증착하기 위한 전구체의 부재로 양산화가 힘들었다.
이런 문제점을 해결하고자 아이켐스에서는 양산성을 확보할 수 있는 새로운 몰리브데넘 금속-유기 전구체 개발에 성공했다. 개발된 전구체는 기존 전구체 대비 휘발성이 매우 좋고, 불소나 염소 등의 할로젠화물 계열 원소가 없어 반도체 양산에 매우 유리하다는 장점을 가진다.
안 교수팀은 이렇게 개발된 전구체를 이용, 차세대 반도체 배선으로 응용할 수 있는 원자층증착공정을 개발했다. 연구팀은 원자층증착공정으로 나노미터 두께를 가진 아주 얇은 극소 비저항의 몰리브데넘카바이드 박막 제조기술을 개발, 5nm 이하의 두께에서도 매우 균일한 박막의 형성이 가능하고 매우 낮은 비저항(10~20μΩ·cm) 값을 유지시켰다.
한양대 재료화학공학과 하민지 연구원(박사과정)이 주도한 이번 연구는 원자층증착공정을 이용해 5nm 이하의 매우 얇은 두께에서도 매우 낮은 저항을 유지하는 몰리브데넘카바이드 박막을 구현하고 열적, 화학적 안정성을 평가해 차세대 반도체 배선으로의 응용 가능성을 제시했다는 점에서 그 의미를 가진다.
이번 연구의 지도를 맡은 안지훈 교수는 “해당 연구결과는 국내 중소규모의 소재업체와 대학의 긴밀한 협동 연구를 통해 세계적인 연구 성과를 도출했다는 점에 큰 의의를 갖는다”며 “중소 소재업체와 대학에서 개발한 우수한 연구 결과가 단순히 연구 성과에만 그치지 않고 반도체 양산에 적용될 수 있도록 많은 노력과 관심이 필요하다”라고 말했다.
이번 연구에서 전구체 개발을 담당한 아이켐스 김현창 대표는 “지난 20여 년간 원자층증착공정을 이용한 반도체 배선 소재의 전구체 개발은 기술적 난이도 때문에 전 세계적으로 양산 적용에 성공한 사례가 없었다”며 “이번에 공동 개발한 몰리브데넘 전구체는 양산 적용 가능성이 매우 높기에 대단히 고무적이다”라고 말했다.
한편, 해당 연구내용은 재료화학분야 세계 저명학술지 'Chemistry of Materials'(IF=9.811) 3월호에 게재됐으며, 그 우수성을 인정받아 표지 논문(Cover Article)으로 선정됐다.
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