유니스트 신현석 교수 등 공동연구 / 中 굴기·日 수출 규제 극복 기대

반도체 칩 안의 소자를 더 작게 만들어 칩의 작동 속도를 획기적으로 높일 수 있는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 자연과학부 신현석(사진) 교수팀이 삼성전자 종합기술원 신현진 전문연구원팀, 기초과학연구원(IBS) 등과 국제공동연구를 통해 반도체 소자를 더 미세하게 만들 수 있는 ‘초저유전율 절연체’를 개발했다고 24일 밝혔다.

나노미터 단위의 반도체 공정에서는 소재가 작아질수록 내부의 전기 간섭이 심해져 정보처리 속도를 떨어뜨린다. 이 때문에 유전율이 낮은 신소재를 개발해 전기 간섭을 최소화하는 것이 반도체 한계 극복의 핵심으로 떠오른다. 유전율이 낮으면 전기적 간섭이 줄기 때문에 반도체 소자에서 금속 배선의 간격을 줄일 수 있다.

연구팀은 기존 절연체보다 유전율이 30% 이상 낮은 ‘비정질 질화붕소’ 소재를 합성해냈다. 현재 반도체 공정에서 사용되는 절연체는 다공성 유기규산염(p-SiCOH)으로 유전율이 2.5 수준이지만, 새로 개발된 비정질 질화붕소의 유전율은 1.78이다. 기술적 난제로 여겨진 유전율 2.5 이하의 신소재를 발견한 것이다.

기존에는 유전율을 낮추기 위해 소재 안에 미세한 공기 구멍을 추가하면서 강도가 약해지는 문제가 있었으나, 비정질 질화붕소는 물질 자체의 유전율이 낮아 공기 구멍을 넣지 않고도 높은 기계적 강도를 유지할 수 있다.

신현석 UNIST 교수는 “이 물질이 상용화된다면 중국의 반도체 굴기와 일본의 수출 규제 등 반도체 산업에 닥친 위기를 이겨내는 데 큰 도움이 될 것”이라며 “‘반도체 초격차 전략’을 이어갈 핵심 소재기술”이라고 설명했다.

이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 학술지 네이처 25일자에 실렸다.

김준영 기자 [e-mail]