[대학저널 오혜민 기자] 아주대학교는 오일권(사진) 전자공학과 교수가 반도체 원자층 증착공정에서 표면분자 흡착의 메커니즘을 확인하고, 이를 통해 분자 흡착을 조절할 수 있는 기술을 개발했다고 17일 밝혔다.
이번 연구는 ‘시리즈 전구체, Al(CH3)xCl3-x and Al(CyH2y+1)3 기반의 Al2O3 원자층 증착 공정의 반응 메커니즘 연구’라는 논문으로 미국 화학분야 학술지인 ‘저널 오브 더 아메리칸 케미컬 소사이어티’ 표지 논문으로 7월 6일 게재됐다.
논문에는 오 교수가 제1저자로, 미국 스탠포드대 스테이시 벤트 교수 연구팀과 칠레 산타마리아 기술대 타니아 산도발 교수가 참여했다.
이번 연구는 현재 반도체 양산에 적용된 공정기술 중 하나인 원자층 증착법의 세부 메커니즘에 대한 의문에서 시작됐다. 원자층 증착법이란 분자들의 자기 제한 표면 반응을 기반으로 해 박막을 원자단위에서 균일한 고품질로 증착하는 방법이다. 원자층 증착법을 통해 매우 얇은 원자단위 두께의 층을 실리콘 웨이퍼 같은 평평한 물질에 소자의 손상없이 균일하게 증착할 수 있다.
오 교수는 앞서 수년 동안 연구해온 시리즈 전구체의 두 군을 이용, 원자층 증착 공정에서의 표면반응에 대해 규명했다. 원자층 증착 공정에 대한 실험적 접근과 양자 화학 계산 연구를 병행, 분자레벨에서 표면의 반응에 대해 연구해 분자의 반응성이 큰 Al(CH3)3 분자의 경우. 여러 단계를 거쳐 표면과 반응한다는 점을 확인했다.
반면 분자의 반응성이 낮은 AlCl3 분자의 경우 1종의 리간드만 표면과 반응해 표면 덮힘률이 낮았으며, 박막의 성장률 또한 낮은 것을 확인했다. 또한 분자의 사이즈가 큰 Al(C2H5)3의 경우 반응성이 커서 2종의 리간드가 표면반응에 참여하지만, 남아있는 리간드인 C2H5의 경우 크기가 커서 성장이 천천히 일어나는 것을 확인했다.
오 교수는 “원자층 증착법은 현재 반도체 양산에 활용되고 있는 공정기술로, 그동안 많은 연구자들이 다양한 물질에 대해 연구해 왔다”며 “이번 연구를 통해 표면 분자 반응 조절의 메커니즘을 밝힘으로써 반도체 소자 제작에 있어 박막의 질과 특성 디자인에 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.
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