한양대 연구진, 원자층 증착 산화물 반도체로 차세대 메모리 기술 제시

고밀도·저전력 메모리 구현의 이정표 마련

반도체 미세화 한계, ALD 공정으로 넘는다

[서울=뉴시스]박시은 인턴 기자 = 한양대학교는 신소재공학부 박진성 교수 연구팀이 벨기에 연구 기관 아이멕(imec)과의 공동 연구를 통해, 반도체 미세화 한계를 극복할 차세대 메모리의 핵심 기술을 제시했다고 27일 밝혔다.

연구진은 이번 논문에서 원자층 증착(ALD·Atomic Layer Deposition) 공정으로 구현되는 산화물 반도체의 강점을 정리하고, 차세대 메모리 소자 적용을 위해 요구되는 공정·소자 수준의 조건과 해결 과제를 분석했다.

ALD는 기판 표면에서 원자 단위 반응을 정밀하게 제어해 박막을 형성하는 공정으로, 우수한 두께 제어 능력과 높은 균일성이 특징이다. 이에 부합하는 소재인 '산화물 반도체'는 낮은 누설 전류 특성을 바탕으로 전력 소모를 크게 줄일 수 있어 고집적 메모리의 에너지 효율을 극대화한다.

아울러 ALD 공정은 고종횡비(High Aspect Ratio) 구조에서도 균일한 증착이 가능해 차세대 수직 적층 메모리와의 공정 호환성을 높이며, 산화물 반도체의 적용 가능성을 한층 확대한다.

연구진은 고밀도·저전력 메모리 구현을 위해 산화물 반도체가 갖춰야 할 핵심 물질 조건으로 ▲구성 원소 선택 ▲결정 구조 ▲원자층 구조 ▲불순물 제어의 네 가지 전략을 제시했다. 이들 요소는 전하 이동 특성과 소자 안정성에 결정적인 영향을 미치며, ALD 공정이 이를 비교적 정밀하게 제어할 수 있는 현실적인 기술임을 강조했다.

논문에서는 또한 ALD 기반 고이동도·고신뢰성 산화물 반도체 소자의 최신 연구 사례를 소개하며, 메모리 응용으로의 확장 가능성을 종합적으로 제시했다. 이번 연구는 차세대 메모리 기술의 중심이 3차원(3D) 구조로 이동하는 흐름 속에서 ALD 기반 산화물 반도체의 공정 적합성 및 확장성을 입증했다는 점에서 의미가 크다.

박 교수는 "이번 연구는 산화물 반도체가 실리콘을 즉각 대체하기보다, 특정 응용에서 보완적으로 적용되며 단계적으로 확장될 가능성을 제시한 것"이라고 밝혔다.

한편 연구 결과는 나노소재·기술 분야의 국제 학술지 '나노 마이크로 레터스(Nano-Micro Letters)' 1월호에 온라인 게재됐으며, 한양대 신소재공학부 이치훈·류성환 석박통합과정생이 제1저자, 황태원 석박통합과정생·김상현 박사과정생이 공동저자, 아이멕 김윤서 박사가 교신저자로 참여했다.

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