반도체 회로 공정이 10나노미터(㎚, 1nm는 10억분의 1 m)급으로 미세화되고 있는 가운데 수율에 직접적인 영향을 미치는 박막 두께를 정확히 측정할 수 있는 기준점이 만들어졌다.

KRISS(한국표준과학연구원, 원장 강대임) 재료측정표준센터 김창수 박사(사진)팀은 신물질을 활용해 10 나노미터(㎚) 이하의 반도체 두께 인증표준물질을 국내에서 처음으로 개발했다고 26일 밝혔다.

반도체 제조 공정에서 박막 두께 제어가 안 될 경우 수십에서 수백만개의 반도체 칩을 폐기해야 하는 손실이 발생할 수 있기 때문에 제조업체는 두께의 정확한 측정을 위해 다양한 박막 두께 계측장비들을 이용하고 있다. 이들 장비간 측정값을 일정하게 유지하기 위해 계측기기를 교정하는데 인증표준물질이 쓰인다.

기존의 반도체 두께 인증표준물질은 10나노미터급 이상의 실리콘 산화막(SiO₂)을 기반으로 하여 차세대 반도체 산업에 적용하기에 한계가 있었다.

이에 연구팀은 기존의 실리콘 산화막(SiO₂)을 대체하는 물질로 부각되고 있는 하이-K(high-k) 물질인 ‘하프늄 산화막(HfO₂)’을 이용해 인증표준물질을 만들었다.

이 인증표준물질은 실리콘 기판위에 실리콘 산화막(SiO2)을 1 마이크로미터 두께로 씌운 뒤 그 위에 수 나노미터 두께의 하프늄 산화막(HfO2)을 원자층 단위 두께로 증착시키는 기술(ALD법)을 활용해 제작됐다.

이번 기술 개발을 통해 기존의 방식에서 발생하는 두께 측정 불확도 요소를 완전히 제거할수 있을 뿐만 아니라 하이-K 물질을 기반으로 한 초미세 반도체 제조 공정에 보다 정확한 두께 표준을 제공할 것으로 기대된다.

연구팀 관계자는 “개발한 두께인증표준물질을 반도체, 디스플레이, 나노전자소자 및 나노소재 개발 등 산업체 연구개발 현장에 제공하며 연구소, 학교 등으로 확대 보급할 것”이라며 “또한 올해 하반기에는 세계 표준기간들과의 국제비교를 실시해 그 결과를 측정능력표(CMC table)에 등재할 계획”이라고 밝혔다.