국내 연구팀이 차세대 반도체 초미세 공정에 사용되는 핵심 소재의 성능을 높일 수 있는 새로운 열처리 원리를 밝혀냈다.

서강대학교는 이 대학 기계공학과 김상엽 교수 연구팀이 삼성전자와의 공동연구를 통해 스핀온카본(SOC) 하드마스크의 성능을 결정하는 ‘열 이력(thermal history)’의 중요성을 규명했다고 5일 밝혔다.

이번 연구 결과는 소재·고분자 분야 국제학술지 ‘Polymer Testing’에 게재됐다.

미세 공정의 핵심 재료로 꼽히는 SOC 하드마스크는 반도체 회로 패턴을 아래층으로 정밀하게 전사하는 데 사용되는 소재다. 다만 기존 비정질 탄소막보다 식각 내성이 낮아 성능 개선이 과제로 지적돼 왔다.

연구팀은 최종 열처리 온도보다 해당 온도에 도달하는 과정에서 축적되는 열 이력이 성능에 큰 영향을 미친다는 점에 주목했다. 이를 검증하기 위해 열처리 조건을 달리한 실험을 진행한 결과, 고온·단시간 열처리가 저온·장시간 처리보다 식각 내성을 높이고 표면 결함을 줄이는 것으로 나타났다.

연구팀은 장시간 열처리 과정에서 표면이 잔류 산소에 오래 노출될수록 산화가 진행돼 성능 저하가 발생한다는 사실도 확인했다.

이번 연구는 반도체 소재 개발 과정에서 최종 온도 중심의 기존 접근을 넘어 열처리 경로와 시간까지 고려해야 한다는 새로운 설계 기준을 제시했다.

제1저자인 송진우 석박사통합과정 연구원은 “하드마스크 성능 향상에서 열처리 과정의 속도론적 중요성을 확인했다”며 “표면 산화와 탄화 반응을 효과적으로 제어할 수 있는 실질적인 공정 기준이 되길 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 삼성전자와 한국연구재단 지원을 받아 수행됐다.