광주과학기술원(GIST) 첨단분석센터 조용륜 선임연구원팀이 삼성전자 종합기술원(SAIT), 매사추세츠공대(MIT) 연구진과 공동으로 차세대 반도체 배선 소재인 루테늄의 전기저항을 낮추는 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 이번 연구 결과는 국제학술지 '사이언스'에 지난 13일 온라인 게재됐다.

연구팀은 루테늄 박막에 미량의 탄소(0.48원자%, 원자 1000개당 약 5개)를 첨가해 섭씨 450도에서 열처리하는 방식으로 금속 결정의 크기와 방향을 정밀하게 제어하는 기술을 구현했다. 탄소 원자가 결정 성장을 돕는 일시적 촉진제 역할을 한 뒤 가스 형태로 빠져나가는 원리다.

이 공정을 거친 루테늄 박막의 평균 결정립 크기는 13㎚에서 약 91.7㎚로 7배가량 넓어졌고, 결정이 가지런하게 정렬되는 배향도는 99.3%에 달했다. 두께 8㎚ 박막에서는 촉진제를 쓰지 않은 루테늄 대비 저항이 29% 낮아졌으며, 이를 실제 초미세 반도체 회로 구조로 제작하자 배선 저항이 45.4% 감소한 것으로 나타났다.

조용륜 연구원은 "금속 속 미량 원소는 단순히 제거해야 하는 불순물로 여겨졌지만, 이번 연구를 통해 일시적 촉진제로 활용할 수 있음을 확인했다"고 말했다. 연구팀은 이번 성과가 2나노미터급 이하 초미세 배선과 차세대 3차원 메모리 등 고집적 반도체 소자에 폭넓게 적용될 수 있는 원천기술이 될 것으로 기대했다.

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