반도체 소자의 고집적·고성능화을 통한 무결점 반도체 시대를 앞당길 초정밀측정 연구결과가 국내 연구진에 의해 발표됐다.

한국표준과학연구원은 이종성장연구단(단장 구자용)과 김한철 박사 연구팀이 공동으로 반도체 공정 중 잔류수분에 의해 실리콘 웨이퍼 표면에 발생하는 결함을 원자 수준에서 규명하는데 성공했다고 20일 밝혔다.

이번 결과는 물리학 분야 세계 최고 권위 논문지인 피지컬 리뷰 레터스(Physical Review Letters)에 게재됐다.

공동연구팀은 이번 연구에서 자체 기술로 개발한 주사관통현미경(STM,Scanning Tunneling Microscope)을 이용, 1백조 분의 1기압의 초고진공 환경에서 실리콘 웨이퍼 위에 결합된 물분자를 하나씩 관찰하고 실리콘 원자의 개수와 비교하는 초정밀 측정을 시도했다. 이를 통해 물분자가 실리콘 웨이퍼 위에서 자발적으로 분해돼 실리콘 원자들과 결합하는 과정과 결합 후의 원자구조를 밝혀내는데 성공했다.

또 슈퍼컴퓨터를 이용한 대규모의 정밀한 이론계산을 통해 이러한 생성과정을 입증했다.

구 박사는 "반도체의 원재료인 순수한 실리콘 웨이퍼 표면에서 발생할 수 있는 몇 가지 다른 결함들은 기존 연구들을 통해 규명된 바 있다"면서 "하지만 이번 연구결과는 수십년 동안 논란이 된 초고진공환경의 잔류수분에 의해 생성되는 원자의 마지막 점결함 문제를 밝혀냈다는 점에서 그 의미가 크다"고 설명했다.

이번 연구결과를 통해 표준연은 그동안 원인을 알지 못해 발생했던 반도체 소자의 수율저하문제를 해결, 고성능 소자를 개발·생산하는 관련 반도체 업체의 산업경쟁력 강화에 크게 기여할 것으로 기대하고 있다. 앞으로 구 박사팀은 실리콘 웨이퍼 내부에 주입하는 필수 불순물들의 개별 원자거동을 규명해 나노미터 수준의 크기를 가지는 고성능·고품질 반도체 소자의 공정개선을 위해 지속적인 연구를 수행한다는 계획이다.

또 유기물 분자를 이용한 전자소자의 이용이 향후 활발해 질 것으로 예상됨에 따라 유기물과 반도체 사이의 이상적인 무결함 접합을 위한 연구도 진행키로 했다.