오일권 아주대 교수, 반도체 미세공정 기술 혁신 이끌 분자 흡착 메커니즘 규명

아주대학교 연구진이 반도체 미세 공정에 대한 화학적 이해를 넓혀 반도체 소자 및 공정 기술 혁신의 길을 열었다.

17일 아주대학교에 따르면 오일권 아주대 전자공학과 교수 연구팀이 반도체 원자층 증착 공정에서 표면 분자 흡착의 메커니즘을 확인하고 이를 통해 분자 흡착을 조절할 수 있는 기술을 개발했다.

이번 연구는 현재 반도체 양산에 적용된 공정 기술 중 하나인 ‘원자층 증착법’의 세부 메커니즘에 대한 의문에서 시작됐다.

‘원자층 증착법’이란 반도체의 실리콘 웨이퍼 같은 평평한 물질 표면에 매우 얇은 원자를 한 층씩 입혀 박막을 형성하는 방법이다. 이 방법을 통해 매우 얇은 원자 단위 두께의 층을 소자의 손상 없이 균일하게 증착할 수 있고 더 나아가 반응 자체를 적절하게 조절할 수 있다면 고품질의 박막을 얻을 수 있다.

기존에는 원자층 증착 공정과 관련해 원자층 표면의 화학 반응성이 높을수록 반응이 잘 일어나 박막의 성장 속도가 빨라지고, 분자의 크기가 클수록 주변의 반응기를 가려 성장이 느려진다고 알려져 있었다.

오일권 교수 연구팀은 증착 공정에 사용되는 원료인 전구체(화학 반응에 참여하는 물질) 연구 등을 통해 분자의 반응성이 큰 Al(CH3)3 분자는 여러 단계를 거쳐 표면과 반응하며, 이 과정에서 박막의 성장률이 높아진다는 점을 규명했다.

반면, 반응성이 낮은 AlCl3 분자와 크기가 상대적으로 큰 Al(C2H5)3 분자는 리간드의 크기 및 표면과의 반응 현상 등으로 인해 증착 공정에 사용될 경우 박막의 성장률을 늦춘다는 점을 확인했다.

오 교수는 “표면 분자 반응 조절의 메커니즘을 밝혀낸 이번 연구 결과는 반도체 소자 제작 시 박막의 질을 향상하기 위한 공정에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 전망한다”고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 미국 화학 분야 학술지인 미국 화학회지 'JACS(Journal of the American Chemical Society)' 표지 논문으로 선정돼 지난달 6일 출간됐다.

양휘모기자