플라즈마 장비 이용 저전력 고성능 반도체 제작 기술 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 플라즈마 장비를 이용해 저전력 고성능 반도체(이종구조 4인치)를 제작할 기술을 개발했다. 이 기술은 인공지능(AI)반도체로 사용 가능할 전망이다.

한국기계연구원(KIMM) 자율제조연구소 반도체장비연구센터 김형우 선임연구원 연구팀과 성균관대 기계공학부 김태성 교수 연구팀은 플라즈마를 이용한 이종구조 4인치 반도체 웨이퍼 제작에 세계 최초로 성공했다고 7일 밝혔다.

연구팀은 플라즈마 화학기상증착(PECVD) 장비를 이용해 두 가지 형태의 이종구조 4인치 웨이퍼 구현에 성공했다.

연구팀은 우선 이황화텅스텐과 그래핀 간의 이종구조는 그래핀을 전사한 웨이퍼 위에 텅스텐 금속층을 1나노미터 두께로 증착해 황화수소 플라즈마 황화처리로 제작했다.

또 이황화몰리브덴(MoS2)의 서로 다른 2개 형상을 결합, ‘금속-반도체’의 이종구조로 박막형으로 만들었다.

이를 통해 사방정계 구조인 금속성 구조(1T)의 4인치 웨이퍼 제작 및 1T-2H 이종구조 구현에 성공하게 됐다.

기존 이종구조 제작 방법인 쌓는 형태의 ‘스태킹' 방식은 수백 마이크로미터(㎛)의 작은 크기로만 가능했으며 재현성도 떨어졌다.

연구팀은 이러한 한계를 플라즈마 합성 장비를 활용해 극복함으로써 4인치 대면적 이종구조 웨이퍼를 구현하는 성과를 냈다.

이 기술로 3D 통합구조를 구현하면 전력손실은 크게 감소하고 열 방출량은 적어져 성능과 에너지 효율성이 높아진다. 또 AI반도체의 필수적인 특징인 저전력, 고성능을 갖췄다.

김형우 선임연구원은 “이 기술은 기존에 학술적으로만 접근했던 이종구조 연구에서 웨이퍼 크기와 재현성을 충족함으로써 실험적 규명이 가능했다는 점에 의의가 있다”며 “반도체산업에 사용되는 PECVD를 이용하고 대량생산 가능성이 높아 향후 AI반도체 성능 향상 및 산업화에 기여할 것”이라고 말했다.

이번 연구 성과는 저명한 국제 학술지 ‘어드밴스드 메터리얼스’와 ‘에너지 앤 인바이런먼탈 메터리얼즈’ 표지논문으로 실렸다.

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