“반도체 및 에너지 소재 연구실(SEMLab)”은 차세대 반도체 및 에너지 소재 연구를 선도하며,

DRAM (동적 랜덤 액세스 메모리)과 비휘발성 메모리(NVM) 디바이스를 포함한 첨단 소재와 공정 연구를 하고 있습니다. 

SEMLab. 은 전자 기기의 소형화와 고도화에 따른 도전 과제를 해결하기 위해 첨단 제조 공정과 차세대 소재 연구를 수행하고 있습니다. 

특히, 반도체의 DRAM 및 NVM 디바이스 성능 개선을 목표로 고유전율(High-k) 유전체 소재와 최신 원자층 증착(ALD) 공정을 연구하고 있습니다.

□ 연구 분야

1) DRAM Capacitor 소재 및 고용량화 공정 연구

- 반도체 DRAM의 소자 미세화에 따른 용량과 속도를 개선하기 위한 균일한 유전체 박막을 증착하는 기술을 연구하고 있습니다.

- DRAM 유전 용량의 극대화를 위해 기존 ZAZ(ZrO₂/Al₂O₃/ZrO₂) 유전체의 한계를 극복하고, 

  HfO₂, ZrO₂, TiO₂, ZAT 등 차세대 고유전율 소재에 대한 연구를 진행합니다

- 트렌치 구조 상단과 하단의 두께 편차를 5% 이하로 유지하여 DRAM 성능을 보장하는 균일 증착 공정을 연구하고 있습니다.

2) Charge Trapping 메모리(CTM) 디바이스 연구

- HfO₂, Al₂O3, TiO₂와 같은 고유전율 (high-k) 소재를 활용한 Charge Trapping Memory (CTM) 소자의 성능 향상을 연구하고 있습니다.

- HfO₂,Al₂O₃, TiO₂, ZrO2 를 PE-ALD 공정을 활용한 다층 구조를 통해 Charge Trap Layer의 효율 및 신뢰성 향상 연구를 수행하고 있습니다.

- 공정 최적화를 통해 Programming/Erase 데이터 유지 간의 균형을 이루며, 낮은 전압(±5V)에서 넓은 메모리 윈도우를 확보하고 있습니다.

3) 원자층 증착(ALD) 공정 연구

- 플라즈마 강화 ALD를 통해 Trench 구조에서 높은 Step Coverage와 균일한 증착을 달성하는 공정 연구를 수행하고 있습니다.

- 또한 원격 플라즈마 강화 ALD(RP-PEALD)를 통해서 낮은 온도에서 고밀도 박막 형성을 가능하게 하며, 높은 생산성을 제공하고 있습니다.

- 원격 플라즈마 ALD(RP-ALD)는 플라즈마 손상을 최소화하고 두께 균일성을 향상시키는 혁신적인 공정으로, 기존 열 ALD를 대체할 가능성 확인하였습니다.

□ 첨단 연구 인프라

SEML은 첨단 소재 연구와 디바이스 제작을 지원하는 최신 시설과 장비를 보유하고 있습니다.

1) 첨단 원자층 증착기 (ALD) 및 다수의 Sputter System 보유 

PE-ALD 및 RP-ALD (직접 플라즈마 및 원격 플라즈마 포함)하여 다수의 DC, AC Sputtering System을 보유하여 다양한 반도체 소재의 증착이 가능합니다.

2) 소재 분석 장비

XRD (결정성 분석), XPS (표면 화학 분석), SEM, TEM (나노 구조 관찰).

Ellipsometer를 사용한 박막 두께 평가가 가능합니다.

3) 전기적 특성 평가

반도체 소자 특성 및 유전율, 파괴 강도, 누설 전류 밀도 등의 정밀 분석이 가능합니다.

□ 주요 연구 성과

1) Capacitor용 Trench 구조 및 유전체 증착 및 조성 연구

- RP-ALD 공정을 통해 HfO₂유전체의 높은 유전율, 낮은 누설 전류, 우수한 두께 균일성 확보.

- ALD 증착 종류에 따른 파괴 강도 및 Leakage 특성 개선.

2) Charge Trapping Memory 성능 개선

- RP-ALD를 활용한 메모리 윈도우 확장 및 10년 이상의 데이터 유지 신뢰성 입증하였습니다.

3) 산업 및 학술 기여

- 다수의 고품질 논문 발표와 산학 협력 프로젝트를 통해 반도체 공정 기술 발전에 기여하고 있습니다.