에너지연, ‘반도체 공정 핵심’ 고순도 중수소 암모니아 생산 기술 개발

자체 개발 루테늄 촉매 적용
1000시간 이상 시간 운전 성공

한국에너지기술연구원 연구진이 개발한 초고순도 중수소 암모니아 생산 공정설비에 대해서 논의하고 있다./한국에너지기술연구원

한국에너지기술연구원 연구진이 반도체 제조 공정에 핵심 소재인 고순도 중수소 암모니아(ND₃)의 국산화 기반을 확보했다.

11일 에너지연은 윤형철 박사 연구진이 자체 개발한 루테늄 촉매를 적용해 하루 7.7㎏ 규모의 중수소 암모니아 생산에 성공했다고 밝혔다.

중수소 암모니아는 암모니아(NH3)의 수소(H)를 중수소(D)로 바꾼 물질로, 이를 반도체 제조 공정에 활용하면 반도체 소자 내부에서 발생하는 결함을 억제할 수 있다는 특성을 지니고 있다. 국내에는 중수소 암모니아를 생산할 수 있는 기술과 시설이 없어 대부분을 일본과 중국 등 해외 수입에 의존하고 있다.

연구진이 개발한 촉매는 기존 중수소 암모니아 합성 방식에 필요한 압력을 1/5 수준으로 줄이고 온도 조건도 개선해 99% 이상의 고순도 중수소 암모니아 합성을 가능케 했다.

연구진은 개발한 공정을 1000시간 이상 연속 운전해 검증을 완료했으며, 한국산업기술시험원의 인증을 획득했다. 또 개발된 공정에서는 반도체 성능에 영향을 미치는 불순물이 생성되지 않아, 초고순도의 중수소 암모니아를 안정적으로 생산할 수 있음을 확인했다.

연구진은 이번 기술 개발을 통해 국내 생산 기반을 확보, 수입 의존도를 낮추고 향후 글로벌 특수가스 시장 진출도 가능할 것으로 내다봤다. 이를 위해 연구진은 공정 최적화와 생산 규모 확대를 통해 반도체·디스플레이·정밀화학 산업용 동위원소 소재 시장 진출을 추진한다는 계획이다.

연구책임자인 윤형철 박사는 "이번 성과는 국내 독자 암모니아 합성 기술을 활용해 반도체 공정 등에 활용되는 고부가가치 동위원소 소재 생산 가능성을 입증했다는 점에서 의미가 크다"며 "장시간 안정적 운전 경험과 저압·저온 공정 기술을 기반으로 향후 반도체·디스플레이·정밀 분석 산업에 필요한 소규모 고기능 화학소재 생산 플랫폼으로 확장할 수 있을 것"이라고 말했다.