새 물질로 만든 10억분의 1m 측정기준 나왔다

한국표준과학연 김창수 박사팀, ‘하프늄 산화막(HfO2)’ 이용 인증표준물질 만들어

한국표준과학연구원 김창수 박사 연구팀이 10억분의 1m를 측정하는 실험을 하고 있다.

[아시아경제 이영철 기자] 새 물질로 만든 10억분의 1m 측정기준자가 나왔다.

한국표준과학연구원은 26일 재료측정표준센터 김창수 박사팀이 초미세 반도체공정 표준을 위한 10억분의 1m를 잴 수 있는 필수기반기술을 개발했다고 밝혔다.

반도체회로공정이 마이크로미터에서 나노미터로 미세해짐에 따라 기존의 실리콘산화막(SiO2) 기반의 반도체공정은 집적화의 한계에 이를 상황이다.

이에 국내는 물론 세계 각국의 반도체기업들이 하이-K(high-k)로 대표되는 신물질을 이용, 반도체소자개발에 나서고 있다. 이에 따라 10 나노미터(㎚, 1 nm는 10억 분의 1m) 이하의 하이-k 박막의 두께에 대한 표준확립이 시급하다.

국내서 김창수 박사팀이 새 물질을 활용, 10 나노미터(㎚) 이하의 반도체 두께 인증표준물질을 첫 개발했다.

기존의 반도체 두께 인증표준물질은 10 나노미터급 이상의 실리콘산화막(SiO2)을 바탕으로 해서 차세대반도체산업에 적용하기에 한계가 있었다.

재료측정표준센터 김창수 박사.

연구팀은 반도체산업에서 기존의 실리콘산화막(SiO2)을 대체하는 물질로 돋보이고 있는 하이-K물질인 ‘하프늄 산화막(HfO2)’을 이용, 인증표준물질을 만들었다.

이번 기술개발을 통해 하이-K물질을 바탕으로 한 초미세 반도체제조공정에 더 정확한 두께의 표준을 제공할 전망이다.

개발한 인증표준물질은 실리콘기판 위에 실리콘산화막(SiO2)을 1 마이크로 미터 두께로 씌운 뒤 그 위에 수 나노미터 두께의 하프늄 산화막(HfO2)을 원자층 단위 두께로 증착시키는 기술(ALD법)을 활용해 만들었다.

연구팀은 X-선 반사율측정법을 이용, 5 나노미터급 두께에 대해 0.7%의 두께차이를 구분할 수 있을 만큼 정밀하게 인증했다.

X-선 반사율 측정법을 이용한 박막두께측정법은 다른 어떤 두께측정법보다 소급성 확립이 쉬우면서 정밀한 측정을 할 수 있다. 또 측정오차를 최소화할 수 있어 수 나노미터에서 수백 나노미터 영역의 박막 두께측정에 가장 알맞다.

반도체 제조공정에서 박막두께제어는 반도체수율에 직접적인 영향을 주는 요인 중 하나다.

한국표준과학연구원의 반도체 측정실험 모습.

따라서 반도체 제조업체에선 박막두께의 정확한 측정을 위해 여러 박막 두께 계측장비들을 이용하고 있다. 또 이들간의 측정값을 일정하게 유지하기 위해 박막두께 인증표준물질을 이용, 계측기기들을 교정한다.

만약 부정확한 표준물질로 계측기기를 교정할 경우 수십만·수백만개의 반도체칩을 없애야하는 손실이 생길 수도 있다.

연구팀은 개발한 두께인증표준물질을 반도체, 디스플레이, 나노전자소자 및 나노소재 개발 등 산업체 연구개발현장에 제공하며 연구소, 학교 등으로 늘려 보급키로 했다.

☞high-k 물질이란?
유전율(상수 k로 표현)이 높은 물질을 일컫는 말이다. 반도체 안의 배선과 배선간의 간섭을 막고 트랜지스터 기본구성단위인 게이트를 절연하는 특성이 높은 유전체를 말한다. k가 높을수록 배선간 전류누설의 차단력이 뛰어나고 게이트의 절연특성이 좋아 미세회로를 만들 수 있는 장점이 있어 각국 반도체기업들이 하이-k 물질개발에 힘쓰고 있다.