반도체용 고순도 중수소 암모니아 국산화…TRL 실증 7단계

한국에너지기술연구원, 1,000 시간 운전 성공…산업기술시험원 인증도 획득

반도체용 고순도 중수소 암모니아 제조 기술이 국산화됐다. 기술성숙도(TRL)는 9단계(상용화) 중 7단계 이상인 제품 생산 실증을 완료한 상태다.

한국에너지기술연구원은 윤형철 청정연료연구실 책임연구원 연구팀이 국내 최초로 고순도 중수소 암모니아(ND₃)를 생산하는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

중수소 암모니아(ND₃)는 반도체 제조 공정에서 고집적 DRAM 및 SONOS(실리콘–산화막–질화막–산화막–실리콘) 플래시 메모리 공정에 활용되는 고부가가치 동위원소 소재다.

하루 7 kg 중수소 암모니아 생산이 가능한 공정 장치.(사진=한국에너지기술연구원)

현재 국내에는 ND₃ 생산 시설이 없어 대부분 해외 수입에 의존한다.

연구팀은 자체 개발한 루테늄 촉매를 적용해 하루 7.7Kg 규모의 중수소 암모니아 생산에 성공했다. 중수소 암모니아 1kg 생산에 50kWh 이하 전력을 사용한다.

촉매는 기존 중수소 암모니아 합성 방식에 필요한 압력을 5분의 1 수준으로 줄이고 온도 조건도 개선해 99% 이상의 고순도 중수소 암모니아를 합성할 수 있다.

1,000시간 이상 연속 운전 검증도 완료하고, 한국산업기술시험원 인증도 획득했다. 생산된 암모니아는 또 49종 금속 등의 불순물이 검출되지 않았다.

연구팀은 이 암모니아를 ▲반도체 플라즈마 공정용 특수가스 ▲디스플레이 및 차세대 전자소자용 동위원소 소재 ▲핵자기공명(NMR) 분석용 시약 ▲동위원소 추적 연구 및 정밀 화학 반응 연구용 소재 ▲고부가가치 동위원소 특수가스 생산 플랫폼 등에 당장 적용 가능하다고 설명했다.

윤형철 책임연구원은 "국내 생산 기반을 확보함으로써 수입 의존도를 낮추고 향후 글로벌 특수가스 시장 진출도 가능할 것"이라며 "공정 최적화와 생산 규모 확대를 통해 반도체·디스플레이·정밀화학 산업용 동위원소 소재 시장 진출을 본격 추진할 계획"이라고 말했다.

한국에너지기술연구원 연구진. 왼쪽부터 김선형 책임연구원, 범희태 선임기술원, 윤형철 책임연구원, 김재형 선임연구원.(사진=한국에너지기술연구원)

한국에너지기술연구원이 개발한 촉매.