삼성전자, 초미세공정서 '배선 저항' 45% 낮춘 기술 세계 최초 구현

삼성전자가 광주과학기술원(GIST)와 함께 반도체 내부의 초미세 배선의 저항을 45％가량 낮추는 기술을 세계 최초로 구현했다고 21일 밝혔다.

이날 삼성전자에 따르면 SAIT(옛 삼성종합기술원) 연구진 등은 인공지능(AI) 및 고성능컴퓨팅(HPC)용 첨단 로직 반도체 성능과 전력효율을 개선한 기술을 구현했다. 이 기술은 지난 13일 13일 국제 학술지 사이언스에 게재됐다. 저자 13명 중 11명이 SAIT 연구진이며, GIST 연구원이 공동 제1저자로 참여했다.

반도체 성능을 높이기 위해 트랜지스터 크기를 줄이고 더 많이 집적해야하고, 이를 연결하는 금속 배선 역시 함께 가늘어져야 한다. 트랜지스터가 건물이라면 배선은 건물을 잇는 일종의 도로다. 문제는 이 도로가 일정 수준 이하로 가늘어지면 전기 저항이 증가한다는 점이다. 저항이 커지면 신호 전달 속도가 느려지고 전력 소모와 발열을 늘어나 첨단 반도체의 성능이 떨어지게 된다.

연구진은 미량의 탄소기반 촉진제를 차세대 배전 소재로 주목받는 루테늄에 접목해 금속 배선 내부의 결정이 일정한 방향으로 재정렬되도록 했다. 결정 방향이 같아지면 전자의 이동을 가로막는 장애물인 결정 사이 경계가 줄어든다. 전자가 이동하는 길에 존재하는 장애물 수를 줄여 신호가 원활하게 흐르도록 만든 것이다.

연구진은 이를 통해 결정의 99% 이상이 동일한 방향으로 정렬된 박막을 구현했다. 실제 나노미터 수준의 미세 배선에 적용한 결과 탄소 촉진제를 적용하지 않은 루테늄 배선 대비 선저항을 약 45% 낮추는 데 성공했다.

삼성전자 향후 기술이 고도화돼 실제 반도체 공정에 적용될 경우 AI·HPC용 첨단 로직 반도체의 신호 전달 속도를 높이고 전력 손실을 줄여 반도체의 성능 및 전력효율 향상할 것으로 기대했다.

원종환 기자 won0403@hankyung.com