반도체 제조공정 획기적 줄이는 신소재 세계 첫 개발

"현재의 반도체 제조공정은 전도물질인 구리를 배선에 채우기가 어려워지거나 저항이 커지는 등 한계에 부닥친 상황입니다. 이를 개선하기 위해 1년 동안 연구에 매달린 결과, 공정은 단순화하면서 성능은 향상시킬 수 있는 획기적 신소재를 개발하게 됐습니다."

영남대 대학원 신소재공학과 석사과정에 재학 중인 천태훈(29) 씨가 반도체 공정 단계를 획기적으로 줄일 수 있는 새로운 소재를 개발해 화제다. 반도체 소자에서 구리 배선을 감싸고 있는 하부의 3개층(확산방지막, 씨앗층)을 단 1개의 층으로 대체할 수 있는 신소재 'RuAlO'을 최초로 개발해 낸 것.

'RuAlO'은 루테늄(Ru)의 '원자층 증착공정'과 알루미늄 옥사이드의 '원자층 증착공정'의 합성을 통해 얻어진 금속재료다. 이를 반도체 공정에 사용할 경우 20나노미터(㎚) 이하급 반도체 소자에서도 구리배선이 투입될 공간을 충분히 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 직접 구리 배선에 얇은 막을 입히는 '직접 전해 도금'이 가능해진다. 그뿐만 아니라 저항까지 줄일 수 있게 돼 반도체 소자의 크기를 극소화하면서도 동시에 성능까지 향상시킬 수 있다는 것.

천 씨의 연구결과는 지난해 3월부터 지식경제부가 매년 20억원 지원하는 '산업원천기술 개발과제'의 일환인 초미세·고신뢰성 배선기술 개발과제를 수행하는 과정에서 얻어졌다.

지난해 국제학회에서 발표돼 학계의 비상한 관심을 끌었고, 이달 초 SCI급 국제저널인 '미국전기화학 학회지'(Electrochemical and Solid-state Letters)에 게재돼 학계와 반도체 업계로부터 크게 주목받고 있다.

논문지도를 맡은 김수현 교수는 "성능과 집적도 향상을 위해 계속해서 반도체소자의 크기를 줄여가는 과정에서 충분한 성능을 확보할 수 없다는 한계에 봉착해 있었는데, 반도체 배선 공정에 숨통이 트이게 하는 획기적 연구결과"라고 평가했다.

천 씨는 "신소재 RuAIO는 이미 국내특허 출원을 마쳤고 국제특허 출원도 준비 중"이라며 "앞으로는 다른 분야에도 활용될 수 있는지 계속 실험해 볼 계획"이라고 말했다.

최병고기자 cbg@msnet.co.kr