고려대 연구진이 루테늄계 나노선의 비저항과 저유전체로의 확산평가를 통해 저저항 대체 소재를 탐색하는데 성공했다. 향후 차세대 배선 소재 및 공정 개발에 단초를 제공할 것으로 기대된다. 12일 고려대학교(총장 정진택)에 따르면, 김영근 공과대학 신소재공학부 교수 연구팀이 차세대 반도체 금속배선로 주목받고 있는 루테늄(Ru)을 나노크기로 제작하고, 지름별로 비저항과 물질 확산 여부를 확인했다.최근 반도체 칩의 계속된 집적화로 인해 배선의 선폭이 수 나노미터(nm)까지 줄어들었고, 이 과정에서 배선의 저항이 급격히 증가하는 문제에 직면해 있다.

연구팀은 다공성 나노 멤브레인과 전기도금법을 이용해 루테늄(Ru, 원자번호 44)계 나노선을 제작했다. 루테늄은 비저항 크기 효과가 작고 원자간 응집력도 높아 전기 이동(electromigration)과 배선 주변을 감싸고 있는 유전체 막으로 확산되는 경향이 낮아 차세대 배선 소재 중 하나로 주목받는다.

수용액에서 전기도금 시 경쟁반응인 수소 발생 반응으로 인해 금속 루테늄으로 환원하기가 어려운 문제점이 있지만, 연구팀은 도금액에 수소 발생을 억제할 수 있는 완충제와 첨가제를 사용해 다양한 지름을 갖는 루테늄계 나노선을 제작했다.

김영근 교수는 "반도체의 고집적화 스케일링이 계속됨에 따라 감소된 배선의 선폭은 금속 배선의 급격한 저항 증가를 야기하고 있고, 이러한 금속 배선의 급격한 저항 증가는 반도체 칩의 신호지연을 유발해 소자 전체의 성능을 저하시키는 문제점이 있다"며 "이러한 문제들을 해결하기 위해 차세대 배선소재로 각광 받고 있는 루테늄(Ru)과 코발트(Co)를 전기도금법으로 합성해 그들의 미세구조에 따른 비저항 간의 상관관계를 규명할 수 있는 실험을 설계했다"고 설명했다.

이어 "루테늄계 나노선의 비저항과 저유전체로의 확산평가를 통해 저저항 대체 소재를 탐색했으며, 향후 차세대 배선 소재 및 공정 개발에 단초를 제공할 것으로 기대된다"고 밝혔다. 이번 연구 성과는 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 진행됐으며, 이후 착수된 삼성전자 반도체연구소 산학과제의 지원을 받아 추가 연구가 진행됐다. 연구결과는 지난달 13일 금속학 분야 최상위 국제학술지인 저널 오브 머티리얼즈 사이언스 & 테크놀로지(Journal of Materials Science & Technology) 온라인 게재됐다.