초록 ▼

□ 연구개발 목표
우리나라 주력산업인 반도체 MOSFET의 초미세化 한계를 극복할 수 있으며 외국 경쟁사와의 초격차를 유지해줄 수 있는 소재 및 공정 원천기술을 개발하고자 함. 이를 위해 (i) 기능성 반데르발스 (van der Waals: vdW) 소재의 반도체 계면에서의 직성장 공정 개발, (ii) 이를 이용한 게이트 유전체/반도체 계면특성 및 금속/반도체 접합특성 향상, (iii) 초고유전 (k >70) 특성을 가진 vdW 소재 발굴 및 차세대 게이트 유전막으로서의 응용성을 확보하고자 함.
- vdW 소재 직성장 기

□ 연구개발 목표
우리나라 주력산업인 반도체 MOSFET의 초미세化 한계를 극복할 수 있으며 외국 경쟁사와의 초격차를 유지해줄 수 있는 소재 및 공정 원천기술을 개발하고자 함. 이를 위해 (i) 기능성 반데르발스 (van der Waals: vdW) 소재의 반도체 계면에서의 직성장 공정 개발, (ii) 이를 이용한 게이트 유전체/반도체 계면특성 및 금속/반도체 접합특성 향상, (iii) 초고유전 (k >70) 특성을 가진 vdW 소재 발굴 및 차세대 게이트 유전막으로서의 응용성을 확보하고자 함.
- vdW 소재 직성장 기술: 단결정 및 비정질 vdW 소재의 2 inch 이상 성장 (균일도 >95%)
- 금속/반도체 계면제어: 접촉비저항 <0.7 KΩ·μm, 스위칭속도 <70 mV/dec
- 유전체/반도체 계면제어: 계면결함밀도 <1×10¹⁰ cm^-2·eV^-1, 누설전류 <1×10^-9 A/m²
- 반데르발스 초고유전체: 유전상수 >70, 유전강도 >10 MV/cm, 누설전류 <1×10^-9 A/m²

□ 연구개발 내용
▪ vdW 소재 저온 직성장 기술 개발
- 웨이퍼-스케일의 단결정 그래핀의 상온 합성: 액상 전구체 공급을 통해 상온 (300 K) 에서 촉매 기판 위 그래핀 핵 생성 확인.
- vdW 결정으로부터 무결점 고품위 vdW 소재의 대면적 박리: 다층 박막 구조에서의 박리 현상을 설명할 수 있는 원자-스폴링법을 세계 최초로 제시함.
- 결정성, 모양, 구조 등이 제어된 다양한 vdW 소재 저온 합성기술 개발.
▪ 금속/반도체 계면제어 기술 개발
- vdW 소재 삽입을 통한 금속/반도체 계면 제어 기술 개발: vdW 소재에 의한 원자간 확산 방지 특성을 평가하였으며 금속/반도체간 접촉저항 감소 확인.
- Schottky barrier 제어를 통한 Si 반도체 소자 성능 향상: WSe₂ 계면 삽입 효과인 금속/반도체 계면의 결함과 불균질성 억제로 인한 계면 상태의 균질화 및 준 단일화를 구현하여, 금속/반도체 계면 특성의 예측 가능성을 높임과 동시에 접합 성능 향상.
▪ 유전체/반도체 계면제어 기술 개발
- vdW 접합 소재를 이용한 유전체/반도체 계면 제어 기술 개발: 비정질 탄소 단원자 층(Amorphous Carbon Monolayer:ACM)을 vdW 계면접합소재로 이용한 Al/Al₂O₃/ ACM/Ge Higk-k MOSCAP 소자 제작 기술 확보 및 성능 평가.
- ACM vdW 계면제어 물질의 유전체/반도체 계면제어 특성 확인 및 소자 제어 기술 확보.
▪ vdW 기반 초고유전체 직성장 기술 및 Si MIS 소자 응용성 확보
- vdW 초고유전(k>70) 탄화수소막 및 불소화탄소막 직성장 기술 확보.
- Si MIS 소자에 적용 및 응용 가능성 확보.
- Si 반도체공정기술에 적합하면서도 대면적 성장이 가능한 ICP CVD법으로 2인치 Si(100) 웨이퍼 위에 높은 유전상수 및 낮은 누설전류 특성을 가지는 vdW 초고유전체 박막 직성장 기술 및 Si MIS 응용 특성 확보

□ 활용 계획 및 기대 효과
▪ 주력 반도체산업의 원천기술 확보 및 기술 초격차 유지의 기반 마련: 반도체 초미세화에 따라 큰 난점으로 부각되고 있는 게이트 유전체 및 반도체/금속 접합 문제점을 극복할 원천기술을 확보함에 따라 반도체 기술의 지속적 우위 확보 및 4차 산업혁명의 핵심인 반도체 기술(고집적 저전력 고성능 소자)의 실용화에 큰 기여.
▪ 연구성과 확산 및 인력양성: 수행된 연구는 vdW 나노소재 활용의 패러다임을 혁신하는 독창적인 아이디어로서 세계적으로 주목받는 연구 업적을 도출할 수 있었음. 더욱이 관련 지역산업체와 연계한 기술 확산을 통해 주력 반도체산업의 경쟁력을 강화할 수 있었으며 선도적인 연구경험을 가진 반도체 소재 및 장비 관련 고급 기술인력을 배출함.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 국문 요약문 ... 2
• 목차 ... 4
• Ⅰ. 연구개발 과제의 개요 ... 5
• 1. 과제개요 ... 5
• 2. 연구목표 ... 7
• Ⅱ. 연구개발 내용 및 성과 ... 8
• 1. 연구개발과제의 수행 과정 및 내용 ... 8
• 2. 연구개발과제의 목표 달성 정도 및 수행 결과 ... 9
• 3. 연구개발성과 및 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 27
• 4. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 32
• Ⅲ. 기 타 ... 33
• 1. 인력 현황 ... 33
• 2. 시설장비 구축 현황 ... 34
• Ⅳ. 참고문헌 ... 34
• 끝페이지 ... 66