오존 기반 공정으로 식각 속도 70배 향상… 나노 구조 정밀 제어까지 실현

강원대학교(총장 정재연) 화공·생물공학부 화학공학전공 엄한돈 교수 연구팀이 반도체 산업의 핵심 공정 중 하나인 식각 기술 분야에서 세계 최초의 돌파구를 열었다. 연구팀은 ‘건식 금속 촉매 화학 식각(Dry Metal-Assisted Chemical Etching, dry MACE)’ 기술을 최초로 구현하는 데 성공하며, 기존 반응성 이온 식각(RIE)과 수용액 기반 MACE 기술의 한계를 동시에 극복하는 획기적인 결과를 도출했다​.

기존의 반응성 이온 식각(RIE) 기술은 고진공 환경과 고가의 장비, 복잡한 공정 조건을 요구해 산업계의 부담이 컸다. 한편, 금속 촉매 화학 식각(MACE) 방식은 상대적으로 단순한 공정이 가능하지만 수용액 환경에서만 작동해 구조 제어 한계, 표면 오염 등의 문제로 산업 적용성이 낮았다.

엄한돈 교수팀은 이러한 문제를 해결하기 위해, 금속 촉매 기반의 건식 식각 기술을 세계 최초로 구현하는 데 성공했다. 특히, 오존(O₃)을 활용한 산화 공정을 도입함으로써 기존 산소 기반 공정보다 식각 속도를 약 70배 향상시키는 데 성공하였으며, 고해상도의 정밀 나노구조 제작도 가능케 했다.

방향성 제어까지 구현… 고종횡비 실리콘 나노구조 제작 가능

이번 연구의 또 다른 핵심 성과는 촉매의 형태에 따라 식각 방향을 정밀하게 제어할 수 있는 원천 기술 개발이다. 연구팀은 이를 통해 고종횡비(high aspect ratio)를 가지는 실리콘 나노구조 제작에 필수적인 방향 제어 식각 기술을 구현함으로써, 향후 고성능 반도체 소자 제작에 직접 응용될 수 있는 기반을 마련했다.

엄한돈 교수는 “기존 기술이 수용액 환경에서 발생하는 오염 및 형상 불균일성 문제를 해결하지 못했던 것에 비해, 이번 기술은 가스 기반 공정과의 호환성이 뛰어나 반도체 제조 효율성과 경제성 모두를 획기적으로 개선할 수 있다”고 강조했다.

이번 연구 성과는 재료 및 반도체 분야에서 세계적 권위를 인정받고 있는 국제 저널인 《Advanced Materials》(Impact Factor=27.4)와 《Advanced Functional Materials》(Impact Factor=18.5)에 각각 게재되었으며, 학계와 산업계 모두에서 주목받고 있다.

건식 MACE 기술은 향후 반도체 소자뿐 아니라 센서, 디스플레이, 태양전지, 바이오칩 등 다양한 산업 응용 분야로의 확장이 가능해, 차세대 나노기술 플랫폼으로 부상할 가능성이 크다.

“고성능 반도체 시대, 새로운 식각 플랫폼으로 전환”

엄 교수는 “이번 기술은 기존 식각 공정의 패러다임을 전환하는 수준의 혁신으로, 고성능 반도체와 나노소자 생산에 결정적 기여를 할 것”이라며 “건식 식각 기술의 안정성과 확장성을 기반으로 다양한 반도체 기반 응용 분야에 대한 후속 연구를 지속적으로 추진하겠다”고 밝혔다.

이번 성과는 강원대학교가 첨단 소재·공정 분야에서 확보한 연구력과 원천기술 역량을 기반으로, 국가 반도체 전략과 맞물리는 기술적 성취라는 점에서도 의의를 갖는다.

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