국내 연구진이 기존 금속과는 전혀 다른 성질을 가진 새로운 비정질 준금속 나노 극초박막 물질을 개발했다. 이 물질은 박막 두께가 얇아질수록 비저항이 감소하는 독특한 특성을 보이며, 차세대 반도체 기술의 원천으로 주목받고 있다.
아주대학교(총장 최기주)는 오일권 교수(지능형반도체공학과·전자공학과)와 스탠포드대학 공동 연구팀이 이 물질을 성공적으로 개발했다고 3일 밝혔다.
현재 반도체 배선에 사용되는 구리(Cu), 몰리브데넘(Mo), 루테늄(Ru) 등은 특정 두께 이하에서 비저항이 급격히 증가해 소형화된 반도체 소자에 적합하지 않다는 한계를 지닌다.
하지만 이번에 개발된 비정질 준금속 나노 극초박막 물질은 기존 금속과는 달리 박막 두께가 줄어들수록 비저항이 급격히 감소하는 성질을 보인다. 특히 이 물질은 성장 온도가 400도 미만인 저온 공정으로 구현 가능하며, 별도의 고온 열처리 없이 비정질 상태에서도 우수한 전기적 특성을 유지한다.
이는 기존 공정 대비 비용 효율성이 높고, 상용화 가능성을 크게 높인 점에서 의미가 크다.
반도체 배선은 칩 내 트랜지스터를 연결하는 역할을 하며, 수십 나노미터 수준의 선폭으로 미세화되고 있다. 기존 금속은 전자가 충돌하는 자유행정거리를 초과해 비저항 상승 문제가 발생한다. 이번 신소재는 이런 문제를 해결할 대안으로 평가받으며, 반도체 미세화 기술의 돌파구가 될 것으로 기대된다.또 아주대 연구팀은 후속 연구로 원자층 증착 공정을 기반으로 한 위상 준금속 공정을 개발 중이다. 이 공정은 박막 두께를 원자 단위로 조절할 수 있어 더욱 정밀한 반도체 제작에 적합하다.
오일권 교수는 “이번 연구는 기존에 시도된 적 없는 새로운 물질을 실험적으로 입증한 첫 사례로, 미래 반도체 기술의 한계를 극복할 원천기술로 활용될 수 있다”며 “응용 가능성이 무궁무진한 만큼, 차세대 반도체 산업의 주도권 확보에 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구는 글로벌 학술지사이언스(Science)1월호에 게재됐다.
수원=김동성 기자 estar@etnews.com
