반도체 칩 안의 소자를 ‘더 미세하게’ 만들 수 있는 신소재가 개발됐다. 이에 따라 메모리 같은 반도체 칩의 작동 속도를 ‘더 빠르게’ 할 수 있어, 국내 반도체 산업 발전에 큰 기여를 할 것으로 기대된다.
과학기술정보통신부(이하 과기정통부)는 울산과학기술원(UNIST) 자연과학부 신현석 교수팀이 삼성전자 종합기술원의 신현진 전문연구원팀, 기초과학연구원(IBS) 등과 함께 ‘초저유전율 절연체’를 개발하는데 성공했다고 25일 밝혔다. 이번 연구에는 매니쉬 초왈라 교수(영국 케임브리지대)와 스테판 로슈 교수(스페인 카탈루냐 나노과학기술연구소)도 참여했다.
현재 나노미터 단위의 반도체 공정에선 소자가 작아질수록 내부 전기 간섭 현상이 심해져 오히려 정보처리 속도가 느려지게 된다. 이 같은 이유로 전기 간섭을 최소화한 낮은 유전율의 신소재 개발은 반도체 한계를 극복할 수 있는 핵심기술로 꼽힌다.
즉, 반도체 소자의 크기를 줄이면서 정보처리 속도를 높이려면 절연체의 유전율을 낮춰야 한다. 절연체는 전류가 흐르지 않는 물질로, 반도체 소자 내 금속 배선에서 전자가 다른 부분으로 이탈하는 것을 막는 역할을 담당한다.
공동 연구팀이 개발한 절연체(비정질 질화붕소) 유전율은 1.78로, 기존 절연체(다공성 유기규산염, 2.5)보다 약 30% 낮다.
제1저자인 홍석모 UNIST 박사과정 연구원은 “낮은 온도에서 육방정계 질화붕소(화이트 그래핀)가 기판에 증착되는지 연구하던 중 우연히 ‘비정질 질화붕소’의 유전율 특성을 발견했고, 반도체 절연체로써 적용 가능성을 확인했다”고 설명했다.
신소재가 반도체 생산에 적용될 경우 반도체 칩의 전력 소모를 줄이고 작동 속도도 높일 수 있을 것으로 기대된다.
교신저자인 신현석 UNIST 교수는 “이 물질이 상용화되면 중국의 반도체 굴기와 일본의 수출 규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 이겨내는 데 큰 도움이 될 것”이라며 “반도체 초격차 전략을 이어갈 수 있는 핵심 소재기술”이라고 강조했다.
공동 교신저자인 신현진 삼성전자 종합기술원 전문연구원도 “이번 연구결과는 반도체 산업계에서 기술적 난제로 여겨지던 부분을 학계와 산업계가 상호 협력해 해결방안을 찾아낸 모범적인 사례”라고 말했다.
한편 이번 연구는 과기정통부의 기초연구실, 중견연구(전략)와 기초과학연구원(IBS), 삼성전자의 지원을 받았다.
