국내연구진 원자층 식각기술 세계 첫 개발

테라급나노소자개발사업단 "연4000억원 수입 대체효과"

[프라임경제] 차세대 나노미터 스케일의 반도체 공정에 필수적인 원자층 식각 (Atomic Layer Etching) 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다.

중성빔 원자층식각 장비

과학기술부 21세기 프론티어 연구개발사업으로 추진중인 테라급나노소자개발사업단(단장 이조원 박사)의 염근영 성균관대학교 교수 연구팀은 “세계 최초로 중성빔을 이용한 원자층 식각 공정을 개발했다”고 밝혔다.

실제 공정에 적용하기 위해서는 식각 후 발생되는 전기적, 물리적 손상이 없어야 하고 대면적화가 가능해야 했지만 지금까지는 플라즈마원을 그대로 사용해 공정 후 발생하는 전기적 손상과 열적 손상이 불가피했었다.

또 레이저빔을 이용할 경우에는 전기적 손상이나 열 손상 등을 피할 수 있었지만 대면적화할 경우 레이저빔의 균일성이 확보되지 않아 대면적화 공정에는 한계가 있었다.

그러나 염근영 교수 연구팀이 개발한 “중성빔을 이용한 원자층 식각 공정”은 세계 최초로 중성빔을 사용하여 식각 후의 손상 및 정확한 식각 속도의 조절, 그리고 대면적화 등에서 기존의 공정에 비하여 월등히 향상된 결과를 보여줘 원자층 식각 기술을 한 차원 끌어올린 것으로 평가된다.

작년 2조원 규모의 차세대 반도체 식각장비 시장에서 국내 반도체 식각장비 90% 이상을 수입에 의존해 왔으나 원천기술로서 상용화 될 경우 연간 최소 4,000억원 이상의 수입 대체효과와 수출 등의 경제적 파급효과가 있을 것으로 기대된다.

개발 책임자인 염근영 교수는 “중성빔을 이용한 원자층 식각 공정 개발의 성공은 차세대 나노소자 개발에 없어서는 안될 원자단위의 식각깊이 조절에 대한 원천 특허를 획득했다는데 의의가 크고 반도체 장비 및 공정의 국산화와 차세대 반도체 산업에서 기술적 리더쉽을 확보하는 큰 전기를 마련하였다”고 말했다.

(a): Si wafer에서의 반응성 가스의 흡착 (b): 여분의 반응성 가스 배출 (c): 중성빔을 이용한 식각 부산물 탈착 (d): 식각 부산물 배출

이번 연구성과로 총 3편의 논문이 사이언스 논문에 소개됐으며, 현재 이 기술과 관련하여 국내와 미국에서 2건의 특허를 등록한 바 있다. .

☞ 용 어 설 명
 
1. 식각(etching)
  화학용액 또는 가스를 이용하여 웨이퍼상의 필요한 부분만을 남겨놓고 나머지 물질을 제거하는 반도체 제작공정

2. 중성빔(Neutral beam)
가스가 분해, 이온화되는 경우 화학적으로 불안정한 상태로 존재하게 되며 이러한 불안정한 상태의 분해된 가스는 높은 화학 반응성을 가지게 된다. 중성빔이란 이온화된 가스가 존재하지 않는 중성의 전하만을 띄는 분해 된 가스를 의미한다.