이황화몰리브덴 소재 2차원 반도체를 나노미터(㎚)급 금속막으로 보호해 소자 성능을 10배 높일 수 있는 공정이 개발됐다.
울산과학기술원(UNIST)은 김명수 전기전자공학과 교수팀과 김병조 반도체소재·부품대학원 교수팀(이하 김 교수팀)이 이황화몰리브덴(MoS₂) 표면에 얇은 금속막을 입혀 포토레지스트 찌꺼기가 눌어붙는 것을 막는 반도체 공정 기술을 개발했다고 24일 밝혔다.
이황화몰리브덴은 원자층 한 겹만으로도 반도체 기능을 발휘하는 2차원 반도체 소재다. 반도체 소자를 지금보다 더 작고 얇게 만들 수 있어 차세대 로직·메모리 소재로 주목받는다.
하지만 소재가 워낙 얇아 표면에 남은 작은 오염물에도 전하의 이동이 방해받고 소자 성능은 크게 떨어진다. 특히 반도체 회로를 새길 때 나오는 포토레지스트 찌꺼기는 일반 용매로 제거하기 어렵고, 강한 초음파 세척이나 열처리는 또 다른 문제를 야기해 새로운 제거 방식이 필요했다.
김 교수팀이 개발한 공정 기술은 이황화몰리브덴 위에 오염을 대신 받아낼 5㎚ 두께의 희생 금속막을 먼저 입힌 뒤, 그 위에 회로 제작을 진행하는 방식이다. 공정이 끝난 후 금속막을 녹여내면 그 위에 붙은 포토레지스트 찌꺼기도 함께 제거된다.
이 공정으로 제작한 이황화몰리브덴 트랜지스터의 접촉 저항은 2.58×105 Ω·μm(옴·마이크로미터)로 기존 공정 대비 약 10분의 1 수준이다. 저항이 낮아져 전류 흐름은 약 10배 커졌고 금속막을 입히고 제거한 뒤에도 이황화몰리브덴 결정 구조에는 뚜렷한 손상이 발견되지 않았다.
이 공정은 일반 반도체 회로 뿐만 아니라 전자빔을 이용한 미세 회로를 새길 때도 사용할 수 있다.
김명수 교수는 “이황화몰리브덴은 트랜지스터와 같은 반도체 소자를 지금보다 더 작고 얇게 만들 수 있는 소재”라며 “이를 실제 고성능 소자로 만드는 데 걸림돌이었던 공정 오염 문제를 해결한 연구 성과로 향후 고집적 로직·메모리 소자 개발에 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 국제학술지 '스몰(Small)' 8월 11일자 온라인으로 게재됐다.
울산=임동식 기자 dslim@etnews.com
