인천대 이한보람 교수팀, 세계 최고 권위 화학 학술지 JACS 논문 게재

이한보람 교수(좌)와 연구팀 민경민(석박통합과정)/사진=인천대 제공

인천대학교 신소재공학과 이한보람 교수 연구팀이 주도한 연구 결과가 세계 최고 권위의 화학 학술지 Journal of the American Chemical Society(JACS, 피인용지수 15.7)에 게재됐다.

이번 연구는 차세대 반도체 배선 물질로 주목받는 루테늄(Ru)의 원자층 증착(ALD) 공정에서 오랫동안 해결되지 않았던 계면 산화막 형성 문제를 근본적으로 극복한 것으로, 학계와 산업계의 큰 관심을 끌고 있다.

반도체 공정이 나노 단위로 초미세화되면서 기존 구리 배선을 대체할 금속으로 루테늄이 각광받고 있다. 그러나 기존 증착 방식은 강한 산화제를 사용해 기판까지 산화시키는 부작용을 낳아 접촉 저항을 급격히 높이는 치명적 한계를 안고 있었다. 이를 해결하기 위해 수소 분자나 플라즈마를 활용한 대안이 제시됐지만, 각각 반응 장벽과 균일 증착 문제로 실효성이 떨어졌다.

이한보람 교수 연구팀은 핫와이어(hot-wire) 시스템을 통해 원자 수소를 안정적으로 공급하는 독창적 접근법을 도입했다. 원자 수소는 루테늄 전구체의 분해 반응 장벽을 획기적으로 낮춰, 100 °C의 낮은 온도에서도 유기 리간드를 효과적으로 제거할 수 있음을 실험과 이론으로 규명했다.

또한 연구팀은 차세대 미세 패터닝 기술인 영역 선택적 원자층 증착(ASD)으로의 확장 가능성도 제시했다. 표면 차단층을 재투입하는 방식으로 원치 않는 영역의 성장을 완벽히 차단하고, 목표 영역에만 정밀하게 루테늄 박막을 증착하는 데 성공했다.

이 교수는 "이번 성과는 복잡한 나노 스케일 반도체 아키텍처 내에서 고순도 금속 배선을 균일하게 증착할 수 있는 화학적 가이드라인을 제시한 것"이라며 "산업적으로도 차세대 반도체 제조 공정의 수율과 성능을 극대화할 수 있는 핵심 기술로 자리매김할 것"이라고 밝혔다. 인천=주관철 기자