반도체소자 제작공정에 사용되는 반도체는 단결정이어야 고성능 소자를 만들 수 있습니다. 그러나, 이와 같은 단결정 반도체는 초크랄스키법을 통한 용융성장이나 결정격자가 비슷한 물질 위에 에피택시 성장을 통해서만 가능합니다. 그러므로 절연막으로 사용되는 비정질 산화막 위에는 단결정 반도체 층은 만들어질 수 없는 것으로 알려져 있습니다. 그러나 이러한 비정질 산화막 위에 단결정 반도체 층을 성장시킬 수 있다면 매우 다양한 응용분야 (3차원 적층 반도체 소자 집적, SOI 웨이퍼 제작, 고성능 단결정 Si back plane 디스플레이, Si 단결정 박막 태양전지 등) 에서 획기적인 발전을 가져올 수 있으므로 많은 반도체 연구자들에게 “꿈의 기술”로 여겨지고 있습니다.

본 연구에서는 비정질 상 위에서도 우수한 결정성을 보여주는 seed 물질을 이용하여 반도체 막을 domain matching epitaxy 로 성장시켜 단결정 active 층을 만드는 기술을 연구하고자 합니다. 이를 실현하기 위해서 SiO2와 같은 비정질 산화막 위에 seed 물질을 결정방향을 제어하여 증착할 수 있어야 합니다. 또한 그 위에 Si 이나 Ge 같은 4족계의 물질을 seed 의 결정방향을 따라 일정한 방향으로 domain matching epitaxy 성장을 시켜야 합니다. 특히 Monolithic 3D integration 이나 flexible display 와 같은 응용분야를 위해서 이와 같은 과정이 모두 비정질막 아래의 소자나 기판에 고온 충격을 주지 않는 조건에서 이루어져야 하므로 레이저를 통한 열처리 공정을 함께 개발하여야 합니다.

이와 같은 기술 개발을 통해 기존 공정과 적합성을 유지하면서도 산업에 파괴적인 (disruptive) 영향을 주는 반도체 소자 제작을 구현할 수 있을 것으로 기대합니다.

Process flow for crystal growth on amorphous insulator