UNIST, 반도체 배선 '전기 동맥경화' 뚫는 원료 물질 개발

(울산=뉴스1) 김세은 기자 = 반도체 회로 선폭이 줄어들면서 발생하는 이른바 '전기 동맥경화' 현상을 해결할 물질이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 반도체소재부품대학원 김수현 교수팀은 차세대 반도체 배선 소재인 루테늄의 새로운 원료 물질과 이를 적용한 '원자층 증착 공정(ALD)'을 개발했다고 18일 밝혔다.

금속 배선은 반도체 칩 내부의 트랜지스터 수억개에 전력을 공급하고 신호를 전달하는 핵심 구조다.

공정 미세화가 진행되면서 배선 폭이 점점 줄어드는데, 상용되는 구리 배선은 선폭이 감소할수록 박막의 전기저항이 급격히 증가해 전류가 잘 흐르지 못하게 된다.

반면 루테늄은 선폭이 줄어들어도 저항 증가가 상대적으로 완만해 차세대 배선 소재로 주목받고 있다.

연구팀이 개발한 원료 물질은 400도에서도 분해되지 않아 고품질의 루테늄 배선을 깔 수 있다.

루테늄 배선은 원료 물질을 먼저 기판에 흡착시킨 뒤, 반응 가스를 주입해 원료 물질의 루테늄 금속 부분만 남기고 나머지 부분을 제거하는 ALD 방식으로 이뤄진다.

이 원료 물질로 증착된 루테늄 박막은 열처리 없이도 이상적인 저항률을 기록했다. 단차 피복성도 95% 이상을 기록했다. 이는 좁고 깊은 반도체 구조에 박막을 균일하게 입힐 수 있다는 것을 의미한다.

이번 연구에 사용된 원료 물질은 반도체 공정비용과 시간도 줄일 수 있다. 배선이 필요한 곳에만 선택적으로 루테늄이 증착되고, 전기가 통하면 안 되는 절연체 위엔 달라붙지 않는 특성이 있기 때문이다.

김수현 교수는 "차세대 로직 및 메모리 반도체 양산 공정의 수율과 성능 경쟁력을 높이는 데 기여할 것"이라고 말했다.

이번 연구는 UNIST와 일본의 귀금속 소재 회사인 다나까 귀금속(TANAKA PRECIOUS METAL TECHNOLOGIES Co., Ltd.) 간의 국제 공동 연구를 통해 얻어졌다. 연구 결과는 저명한 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 지난달 23일 온라인 게재됐다.

syk000120@news1.kr