성신여대 한혁진 교수, 위상 금속의 새로운 결정화 경로 규명

차세대 반도체 나노 배선연구에 필요한 연구 최초 규명
국제 저명 저널 '네이처 커뮤니케이션즈' 논문 게재

[이데일리 김윤정 기자] 성신여대는 한혁진 청정융합에너지공학과 교수가 미국 코넬대, 가천대와 진행한 공동 연구를 통해 차세대 반도체 배선 기술과 관련한 위상 금속의 결정화 경로를 세계 최초로 규명했다고 7일 밝혔다.

왼쪽부터 성신여대 한혁진 교수(교신저자), 코넬대학교 Judy Cha 교수(교신저자), 가천대 진강태 교수(제1저자). (사진 제공=성신여대)

공동연구팀은 이번 연구 성과를 세계 최상위 저널인 네이처 커뮤니케이션즈 7월호에 온라인 게재했으며, 한 교수는 이번 연구에 교신저자로 참여했다.

공동연구팀은 이번 연구를 통해 위상 금속 구조의 나노 규모 결정화 과정을 성공적으로 밝혀냈다. 차세대 반도체 배선의 소재로 손꼽히는 위상 금속은 표면 전자의 산란이 없는 이상적인 전도체를 형성하는 특성을 지녀 기존 배선 소재인 구리의 잠재적 대안으로 주목받아 왔다.

위상 금속을 반도체 소재로 활용하기 위해서는 나노 구조의 위상 금속 합성이 필수적이나, 주로 벌크 형태의 위상 금속 합성에 관한 연구가 진행돼 그동안 나노 규모에서의 위상 금속 결정화 과정을 밝히는 것은 쉽지 않았던 공동연구팀은 이번 연구를 통해 세계 최초로 1차원화된 위상 금속 물질의 결정화가 선폭에 영향을 받아 변화한다는 사실을 실험을 통해 입증해 냈다.

연구팀은 1차원화된 위상금속 물질인 텅스텐 포스파이드(WP)의 결정화가 35nm(나노미터·10억분의 1m) 이하 영역에서 이인화 텅스텐(WP2)으로 새롭게 결정화된다는 과정을 알아내는 데 성공했다. 위상 금속의 결정화 과정을 밝히는 것은 다양한 재료의 단위 공정이 이루어지는 반도체 소자 제조 과정에서 매우 중요한 역할을 할 수 있다. 이 과정의 이해를 통해 기존 반도체 소자의 구조에서 사용되는 소재를 설계자가 원하는 위상 금속으로 대체 할 가능성이 열리기 때문이다. 즉, 위상 금속의 결정화 과정을 밝히면 기존 소재인 전통 금속 소재의 한계를 극복하고 효율은 높이는 차세대 반도체 소자 구현으로 이어질 수 있는 것이다.

한혁진 성신여대 교수는 “위상 금속의 결정화 과정을 밝혀낸 것은 미래 반도체 핵심 소재 및 공정 기술 개발에 중요한 토대를 마련할 것으로 기대된다”고 전했다.

1차원 초미세 위상금속 구조에서 밝힌 새로운 결정화 결과. (자료 제공=성신여대)

김윤정 (yoon95@edaily.co.kr)