TRuST 2단계 성막 프로세스(이하 다나까금속그룹)

다나까귀금속그룹의 제조 사업을 전개하는 다나까귀금속공업주식회사(이하 다나까귀금속공업)가 액체 루테늄(Ru) 전구체 ‘TRuST’의 2단계 성막 공정을 확립했다고 발표했다.

‘TRuST’는 고품질의 루테늄막을 형성할 수 있는 특징적인 전구체로 산소와 수소 모두에 양호한 반응성을 지녔다. 해당 공정은 수소 성막을 이용해 얇은 산화 방지막을 만들고, 산소를 이용해 고품질의 루테늄막을 성막하는 2단계 ALD(Atomic Layer Deposition) 성막 공정이다. 이를 통해 산소에 의한 기판 산화 우려 없이 수소 성막에 의한 루테늄 순도 저하도 억제할 수 있다.

해당 개발은 한국 영남대학교 공과대학 신소재공학과 김수현 교수가 발안했으며 성막 공정의 개발 및 평가는 김수현 교수와 다나까귀금속공업이 공동으로 실시했다.

새로운 기술에 의한 반도체의 미세화와 내구성 향상은 대용량 데이터 처리가 필요한 데이터 센터나 스마트폰에 활용되고 고도의 기술 혁신이 필요한 IoT 및 자율주행 등의 선진 기술에 기여할 것으로 전망된다.

◇산소와 수소에 의한 2단계 성막 공정

다나까귀금속공업은 루테늄을 중심으로 차세대 반도체를 위한 고순도 귀금속 전구체를 개발하고 있다. 또 산소를 이용한 지금까지의 1단계 성막 주류 공정에서 나아가 산소와 수소를 이용한 2단계 성막 공정 확립에 성공했다.

2단계 공정은 수소 성막을 통해 기판의 표면 산화 리스크를 낮추고, 산소 성막을 통해 루테늄의 순도를 약 100%로 유지해 고순도 성막을 실현했다. 수소 성막으로 기판을 먼저 형성하고 그 위에 산소 성막을 통해 형성된 루테늄막은 평평하고 조밀해 기존보다 더 낮은 저항치를 지닌다.

막 두께 감소에 따라 비저항이 높아지는 것은 반도체 막 형성 분야에서 중요한 과제다. 새로운 공정은 10nm 이하의 영역에서 산소 성막에 수소를 더한 2단계 성막을 생성해 더욱 낮은 저항값이 확인됐다. 2단계 성막은 향후 반도체의 크기가 작아짐에 따라 늘어날 더 얇은 두께와 낮은 저항의 루테늄막 수요를 맞출 수 있다. 또 2단계 성막의 낮은 저항 및 고순도 루테늄 박막은 모든 공정 단계에서 같은 원료로 일정한 성막 온도를 유지하고 기존과 동일한 성막 장치에서 제작할 수 있어 설비 투자 비용도 절감할 수 있다. 자세한 내용은 6월 28일 벨기에 헨트에서 개최되는 ALD 2022 학회의 ‘AA2-TuA: ALD for BEOL’ 세션에서 발표된다.

◇다나까귀금속공업의 액체 루테늄 전구체 ‘TRuST’

반도체의 박막 및 배선 제작은 지금까지 구리, 텅스텐, 코발트 등이 주재료로 사용됐으나, 반도체를 더욱 미세화하기 위해 낮은 저항과 높은 내구성을 지닌 귀금속인 루테늄에 대한 기대가 높아지고 있다. 다나까귀금속공업은 CVD 및 ALD용 루테늄 전구체 ‘TRuST’ 개발로 세계 최고 수준의 증기압 값을 실현하고, 2020년부터 샘플을 제공하고 있다.

해당 전구체는 기존과 비교해 증기압을 세계 최고 수준인 100배 이상 높이고 성막실 내의 전구체 농도와 기판 표면의 전구체 분자 흡착 밀도를 높여 우수한 단차 피복성과 성막 속도 향상을 실현했다.

◇반도체 산업을 둘러싼 상황과 배경

IoT, AI, 5G, 메타버스 등의 다양한 선진 기술의 진보에 맞춰 데이터 센터나 스마트폰을 비롯한 디지털 기기에서 이용되는 디지털 데이터양은 급속히 증가하고 있다. 따라서 고성능·저전력 기기를 구현을 위한 반도체의 미세화는 반도체 개발 분야에서 그 어느 때보다 많이 요구되고 있다. 또 기판 산화에 의한 열화도 내구성 면에서 반도체 개발 분야의 큰 과제로 자리 잡았다. 이 밖에도 자동차 산업은 전기 자동차와 자율주행 자동차가 개발돼 차량용 반도체 등의 미세화와 내구성 향상 요구가 늘었났다.

다나까귀금속은 반도체 산업에서 증가하는 미세화 및 내구성 향상 요구에 부응하고 액체 루테늄 전구체의 성막 속도 향상을 통해 비용 절감과 고품질화를 도모하며 반도체가 개척하는 새로운 선진 기술 개발에 기여할 계획이다.