2차원 반도체 소자 공정 '찌꺼기 난제' 해결…전류 성능 10배 개선 작성일 08-24 40 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">UNIST, 희생 금속 마스크 리소그래피 개발…고집적 소자 개발 가능해져</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="bztxET6bjh"> <p contents-hash="518cdc88d010c26499eb17580bafc80a3334a514120d06a22c5db9fbdab236a7" dmcf-pid="KqFMDyPKgC" dmcf-ptype="general">(지디넷코리아=박희범 기자)2차원 반도체 소자 제작에서 가장 난제였던, 플라즈마 유발 감광제 오염을 원천 차단할 수 있는 실용적 해법이 제시됐다.</p> <p contents-hash="223f16c2dfe7bc5ff75635947ab624e521e5e0d626e64d48414480feb023cdb0" dmcf-pid="9b0erYx2NI" dmcf-ptype="general">UNIST는 김명수 전기전자공학과 교수와 김병조 반도체소재·부품대학원 교수팀이 공동으로 원자 한 층 두께의 2차원 반도체를 금속막으로 보호해 트랜지스터 소자의 전류 성능을 10배이상 높이는 공정을 개발했다고 24일 밝혔다.</p> <p contents-hash="bec08ed74d2e4fc2c43396bb6fe27d2465b66d8f5497c7fd56237304962d61c5" dmcf-pid="2KpdmGMVkO" dmcf-ptype="general">김명수 교수는 "이황화몰리브덴(MoS₂) 표면에 포토레지스트 잔여물이 눌어붙는 것을 막을 수 있는 공정"이라며 "고성능·고집적 2차원 반도체 논리·메모리 소자 구현을 앞당길 것"으로 기대했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="c94c805349b5a5b55ab5ffc79e2130eaecdcc45263d8505317cb59e0f954e26b" dmcf-pid="V9UJsHRfAs" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="금속막으로 반도체 표면의 포토레지스트 찌꺼기 오염을 막는 원리와 효과를 설명했다. (그림=UNIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/ZDNetKorea/20260824080149621wvrp.png" data-org-width="640" dmcf-mid="WbFMDyPKjU" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/ZDNetKorea/20260824080149621wvrp.png" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 금속막으로 반도체 표면의 포토레지스트 찌꺼기 오염을 막는 원리와 효과를 설명했다. (그림=UNIST) </figcaption> </figure> <p contents-hash="c42a17f28d10a23efb41fdaee96daf18a54abb15019bb69822bd1ce666d17f0a" dmcf-pid="f2uiOXe4Nm" dmcf-ptype="general">포토레지스트는 빛에 반응하는 고분자 물질이다. 반도체 표면에서 회로 모양을 만드는 데 쓰인다. 포토레지스트를 이황화몰리브덴 반도체에 바른 뒤 남길 부분은 마스크로 가리고, 나머지를 플라즈마로 깎아 제거하는데, 이 과정에서 플라즈마에 노출된 포토레지스트가 딱딱하게 굳어 붙을 수 있다.</p> <p contents-hash="eeebad955b854a51f64080c9111bb6fbfae92fff1724a7867a6b7e08814ac8fd" dmcf-pid="4V7nIZd8cr" dmcf-ptype="general">이 찌꺼기는 일반적인 용매 세척으로는 잘 제거되지 않고, 강한 초음파 세척을 하면 얇고 민감한 이황화몰리브덴이 기판에서 떨어질 수 있다. 또 열처리 역시 포토레지스트 찌꺼기가 분해되기도 전에 소자가 견딜 수 있는 온도를 넘을 위험이 있어 적용하기 어려웠다.</p> <p contents-hash="c5344ae9c59766b840bd9974d2d52600dec67b81f0699f8696731209e4103273" dmcf-pid="8fzLC5J6jw" dmcf-ptype="general">연구팀은 우선 분자동역학(MD)과 밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 플라즈마 공정에서 포토레지스트 찌꺼기가 단단하게 굳는 원인을 분석했다. 그 결과 플라즈마 처리 과정에서 포토레지스트 고분자에 산소 원자가 결합하면서 이황화몰리브덴 표면에 달라붙는 흡착에너지의 절댓값이 -1.15전자볼트(eV)에서 -2.36eV로 약 2배 커지는 것으로 나타났다.</p> <p contents-hash="5abded40b700f57bd07a03e11fbe0cd146f52ba7fcc4bd020de979c3dffbe8e8" dmcf-pid="64qoh1iPaD" dmcf-ptype="general">포토레지스트 찌꺼기가 이황화몰리브덴 표면에 안정적으로 고정돼 일반적인 세정으로 잘 제거되지 않는 이유다. 상태밀도(DOS) 계산에서는 표면에 붙은 포토레지스트 찌꺼기가 이황화몰리브덴의 밴드갭 내부에 전하를 붙잡는 결함 준위를 만들어 전하 이동을 방해하는 것으로 분석됐다.</p> <p contents-hash="dc756d27b53fe62c9df20d1e01696a93579557d22392ea209f7b4673c03b5175" dmcf-pid="P8BgltnQAE" dmcf-ptype="general">연구팀은 포토레지스트 찌꺼기를 공정 이후 세척하는 대신 이황화몰리브덴 표면에 직접 닿지 않도록 차단하는 ‘희생 금속 마스크 리소그래피’를 개발했다.</p> <p contents-hash="59ffe6e3de32cff533dd5e40d17f6325b0ac8080316a7ffe8e3f0803dc4fad28" dmcf-pid="Q6baSFLxjk" dmcf-ptype="general">포토레지스트를 바르기 전에 이황화몰리브덴 채널 위에 5나노미터 두께의 금(Au)막을 먼저 입혀 포토레지스트와 플라즈마가 채널에 직접 닿지 않도록 보호하는 방식이다.</p> <p contents-hash="9d2adbd13e1f280aeedd7c1f473958ab0784093fde1fed0925161b800f694fcd" dmcf-pid="xPKNv3oMkc" dmcf-ptype="general">회로 제작 공정이 끝나면, 요오드화칼륨·요오드(KI/I₂) 용액으로 금막을 녹여낸다. 그 위에 붙은 포토레지스트 찌꺼기도 함께 제거된다.</p> <p contents-hash="e95be368d88c336eaa5cc6fc3a25ffa1774e4acb0768d5c510b1844defe3c677" dmcf-pid="yvm0PatWaA" dmcf-ptype="general">전도성 원자힘현미경(C-AFM)과 오제전자분광법(AES) 분석 결과, 금막으로 보호한 이황화몰리브덴 표면에서는 포토레지스트 찌꺼기와 탄소 오염이 크게 줄었다. 고해상도 투과전자현미경(HRTEM)과 주사투과전자현미경(STEM) 관찰에서도 금막을 입히고 제거한 뒤 이황화몰리브덴의 결정 구조에 뚜렷한 손상이 나타나지 않았다.</p> <p contents-hash="5682491a4a433bd0e544ae3f3c67f2e10273f5f601e6a751e722893f13b3c30c" dmcf-pid="WTspQNFYgj" dmcf-ptype="general">이 공정으로 제작한 이황화몰리브덴 트랜지스터의 접촉저항은 2.59×10⁶ Ω·μm(옴·마이크로미터)에서 2.58×10⁵ Ω·μm로 약 10분의 1 낮아졌고, 트랜지스터가 켜졌을 때 흐르는 온전류(on-current) 는 약 10배 높아졌다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="338fc3dadbaaa519a91b65fbcf62de2d17b0db90b36e8fcc0ec8905aa94837ac" dmcf-pid="YyOUxj3GoN" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="UNIST 연구팀. 왼쪽부터 김명수 교수, 김병조 교수, 김다현 연구원, 연펑자오 박사.(사진=UNIST)" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/ZDNetKorea/20260824080150914nipy.jpg" data-org-width="640" dmcf-mid="B0C7RcpXgl" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202608/24/ZDNetKorea/20260824080150914nipy.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> UNIST 연구팀. 왼쪽부터 김명수 교수, 김병조 교수, 김다현 연구원, 연펑자오 박사.(사진=UNIST) </figcaption> </figure> <p contents-hash="2556ca666006a632cb910ecc2d5be0f44907e466d24628135a8763e3b9e9aa09" dmcf-pid="GHlqdEu5ja" dmcf-ptype="general">연구팀은 개발한 공정이 특정한 트랜지스터 구조나 제작 방식에서만 작동하는 것은 아닌지 확인하기 위해 추가 실험을 진행했다. 먼저 빛 대신 전자빔으로 미세한 모양을 만드는 전자빔 리소그래피(EBL)를 이용해 상부 게이트 구조의 트랜지스터 배열을 제작했다. 이 경우에도 금속막으로 보호한 트랜지스터의 성능이 기존 공정으로 만든 트랜지스터보다 개선됐다.</p> <p contents-hash="b3a63c41bce4a7d831d7da9240fb2cd3089f00f01363381763c8865c8958f9c2" dmcf-pid="HXSBJD71kg" dmcf-ptype="general">또 원자층증착(ALD) 방식으로 합성한 이황화몰리브덴 박막에도 개발된 공정을 적용했을 때, 이 박막으로 만든 트랜지스터에서도 전류 성능이 개선됐다. 트랜지스터의 구조와 회로 제작법, 이황화몰리브덴의 합성법이 달라져도 개발된 공정을 적용할 수 있는 것이다.</p> <p contents-hash="9479c631516c9d770d56556ad4596e547ff4b78ccde9614649eb45018d2137a9" dmcf-pid="XZvbiwztgo" dmcf-ptype="general">김명수 교수는 “이황화몰리브덴으로 실제 고성능 소자로 만드는 데 걸림돌이었던 공정 오염 문제를 해결한 것"일며 "향후 고집적 로직·메모리 소자 개발에 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.</p> <p contents-hash="bc468ef6460562f068a0ab578fae071b6d24db9dbe2f12dafb11f323a031ff22" dmcf-pid="Z5TKnrqFcL" dmcf-ptype="general">연구는 국제학술지 ‘스몰(Small)’에 8월 11일자 온라인으로 게재됐다.</p> <p contents-hash="8bd585de3e0d168372d649c1a2fda6b27b6617def455fa769837dbfb060343eb" dmcf-pid="51y9LmB3an" dmcf-ptype="general">박희범 기자(hbpark@zdnet.co.kr)</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 지디넷코리아. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 [AI & LAW] AI가 지어낸 오류, 미검증 책임 따른다 08-24 다음 세계적 교재에 한국 AI가 쏙…피어슨·프리윌린, 대학 수업 바꾼다 08-24 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
