정지원 연구실
화학공학과 정지원
정지원 연구실은 화학공학과를 기반으로 전자/재료공정공학 분야에서 세계적인 연구 역량을 보유하고 있습니다. 연구실의 핵심 연구 분야는 차세대 반도체 및 나노소자에 적용되는 금속 박막(구리, 코발트 등)의 고밀도 플라즈마 건식 식각 기술 개발입니다. 이를 위해 다양한 식각 가스 조성, 플라즈마 조건, 공정 변수 최적화 등 식각 공정의 전 과정을 체계적으로 연구하고 있습니다.
특히, 유기 킬레이터, 알코올, 할로겐계 가스 등 다양한 식각 가스를 활용한 원자층 식각 및 순환 식각 공정 개발을 통해, 기존 식각법의 한계를 극복하고 초미세 패턴의 정밀 가공을 실현하고 있습니다. 플라즈마 내 활성종 분석, 표면 반응 메커니즘 규명, 식각 부산물 및 잔류물 제어 등 식각 공정의 과학적 이해를 바탕으로, 실제 반도체 제조 공정에 적용 가능한 고효율·친환경 식각 솔루션을 제시하고 있습니다.
연구실은 또한 Zn(O,S), CdS, IZO, TiN, MgO, Ru, Pd 등 다양한 금속 및 산화물 박막의 증착, 특성 제어, 미세 패터닝, 표면처리 등 전자/재료공정 전반에 걸친 연구를 수행하고 있습니다. RF 마그네트론 스퍼터링, 에어로졸 젯 증착, 화학적 용액 증착 등 다양한 박막 증착 기술을 활용하여, 고품질 박막의 대면적 균일성, 결정성, 전기적·광학적 특성 향상에 기여하고 있습니다.
이러한 연구는 반도체 소자의 집적도 향상과 신뢰성 확보, 차세대 메모리(MRAM, OxRRAM), 태양전지, 센서 등 첨단 소자 개발에 필수적인 기반 기술로, 국내외 반도체 및 소재 산업계와의 산학협력을 통해 실용화 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 관련 특허 출원, 국제 학술지 논문 발표, 국내외 학회 발표 등으로 연구 성과를 꾸준히 확산시키고 있습니다.
정지원 연구실은 미래 반도체 및 나노소자 공정의 혁신을 선도하는 핵심 연구거점으로 자리매김하고 있으며, 반도체 특성화대학 지원사업, 3D 나노융합소자연구센터, 산업미세먼지저감 및 화학안전관리 전문인력양성사업 등 다양한 국가 및 산업체 과제를 수행하며, 차세대 반도체 공정 및 소재 분야의 인재 양성에도 크게 기여하고 있습니다.
Nanometer-scale Etching
Magnetic Tunnel Junction (MTJ)
Next-generation Semiconductor Memory Devices
금속 박막의 고밀도 플라즈마 건식 식각 기술
정지원 연구실은 금속 박막, 특히 구리(Cu)와 코발트(Co) 등 차세대 반도체 배선용 금속 박막의 고밀도 플라즈마 건식 식각 기술 개발에 주력하고 있습니다. 이 연구는 미세 패턴 형성을 위한 식각 가스 조성, 플라즈마 조건, 공정 변수 최적화 등을 통해 재증착 없는 고이방성 식각 프로파일을 구현하는 것을 목표로 합니다. 최근에는 유기 킬레이터, 알코올, 할로겐계 가스 등 다양한 식각 가스를 활용하여 기존 식각법의 한계를 극복하고 있습니다.
특히, 유기 화합물 기반의 식각 가스를 이용한 원자층 식각(Atomic Layer Etching, ALE) 및 순환 식각 공정 개발을 통해 10~100 nm 이하의 초미세 라인 패턴을 안정적으로 구현하는 기술을 선도하고 있습니다. 연구실은 플라즈마 내 활성종 분석, 표면 반응 메커니즘 규명, 식각 부산물 및 잔류물 제어 등 식각 공정의 과학적 이해를 바탕으로, 실제 반도체 제조 공정에 적용 가능한 고효율·친환경 식각 솔루션을 제시하고 있습니다.
이러한 연구는 반도체 소자의 집적도 향상과 신뢰성 확보에 필수적인 기반 기술로, 국내외 반도체 산업계와의 산학협력을 통해 실용화 연구도 활발히 이루어지고 있습니다. 또한, 관련 특허 출원 및 국제 학술지 논문 발표, 국내외 학회 발표 등으로 연구 성과를 꾸준히 확산시키고 있습니다.
차세대 반도체 및 나노소자용 재료공정 개발
연구실은 반도체 소자 및 나노소자에 적용되는 다양한 박막 재료의 증착, 패터닝, 식각, 표면처리 등 전자/재료공정 전반에 걸친 연구를 수행하고 있습니다. 특히, Zn(O,S), CdS, IZO, TiN, MgO, Ru, Pd 등 다양한 금속 및 산화물 박막의 특성 제어와 공정 최적화에 집중하고 있습니다. RF 마그네트론 스퍼터링, 에어로졸 젯 증착, 화학적 용액 증착 등 다양한 박막 증착 기술을 활용하여, 고품질 박막의 대면적 균일성, 결정성, 전기적·광학적 특성 향상에 기여하고 있습니다.
또한, 박막의 미세 패터닝을 위한 리소그래피, 하드마스크, 플라즈마 식각 등 공정 기술을 접목하여, 차세대 메모리(MRAM, OxRRAM), 태양전지(CIGS, 페로브스카이트), 센서 등 첨단 소자에 요구되는 나노미터 스케일의 정밀 가공 기술을 개발하고 있습니다. 특히, 식각 부산물 및 표면 오염 제어, 박막-기판 계면 특성 개선, 박막의 내구성 및 신뢰성 향상 등 실용적 문제 해결에도 중점을 두고 있습니다.
이러한 연구는 반도체 및 디스플레이, 에너지 소자, 나노센서 등 다양한 응용 분야로 확장되고 있으며, 산학연 협력 프로젝트와 정부과제, 특허 출원 등으로 실질적인 산업적 파급효과를 창출하고 있습니다. 연구실은 미래 반도체 및 나노소자 공정의 혁신을 선도하는 핵심 연구거점으로 자리매김하고 있습니다.
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Etch characteristics of cobalt thin films using high density plasma of CH3COCH3/Ar gas mixture
백금빈, 오경호, 정지원
MICROELECTRONIC ENGINEERING, 202408
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Etch characteristics of cobalt thin films using high density plasma of halogen gas
오경호, 백금빈, 정지원
THIN SOLID FILMS, 202405
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Fine-line formation of cobalt thin films via cyclic etching using two-step process
김선재, 정준원, 오경호, 백금빈, 정지원
MATERIALS SCIENCE IN SEMICONDUCTOR PROCESSING, 202403
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(국고-5차년도)칩렛 기반 차세대 반도체 구현 인재양성 사업단
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[Ezbaro][국고] 핵심연구지원센터 조성 지원 : 3D나노융합소자연구센터 핵심연구지원센터(1단계 3차년도)
