‘5월의 과학기술인상’에 신현석 UNIST 교수, 반도체 연구 공로

5월 이달의 과학기술인상에 신현석(맨 앞) UNIST 교수가 선정됐다. /과기정통부

초미세·고집적 반도체 핵심기술인 초저유전물질 합성법을 개발한 신현석 울산과학기술원(UNIST) 화학과 교수가 ‘이달의 과학기술인상 5월 수상자’에 선정됐다.

‘이달의 과학기술인상’은 우수한 연구개발 성과로 과학기술 발전에 공헌한 연구개발자를 매달 1명씩 선정해 과기정통부 장관상과 상금 1000만원을 수여하는 상이다.

신 교수가 개발한 초저유전물질 합성법은 반도체 미세공정의 혁신 기반을 마련했다는 평가를 받는다. 전통적으로 반도체 칩 성능은 트랜지스터의 스위칭 속도에 좌우됐다. 하지만 소자가 고집적화·소형화되면서 집적회로의 배선 구조에서 발생하는 ‘신호전달 지연(RC delay)’이 칩 성능을 좌우하고 있다.

신호처리 속도를 높이기 위해서는 집적회로 금속 배선 사이에 증착되는 절연체의 유전율을 낮추는 기술이 필요한 상황이다. 절연체는 전류가 흐르지 않는 물질로 반도체 소자 내 금속 배선에서 전자가 다른 부분으로 이탈하는 것을 막는 역할을 한다. 유전율은 외부 전기장에 반응하는 민감도를 의미한다. 유전율이 낮으면 전기적 간섭이 줄어들어 반도체 소자 내 금속 배선(전류가 흐르는 길)의 간격을 줄일 수 있다. 초저유전율 절연체는 유전율을 줄이는 핵심 소재다.

신 교수 연구팀은 순수한 비정질 질화붕소(aBN)가 유전율이 매우 낮아 메모리 반도체와 시스템 반도체 전반에 적용 가능한 소재라는 사실을 찾아냈다. 화학기상증착(CVD) 방법에 플라즈마 기술을 도입해 3㎚ 두께의 매우 얇은 비정질 질화붕소(aBN) 박막 증착에도 성공했다.

신 교수 연구팀이 개발한 ‘비정질 질화붕소’ 박막은 붕소와 질소만으로 이뤄진 순수한 비정질 박막으로 유전율이 2.0 이하를 기록했다. 현재 반도체 산업에 주로 사용되는 다공성 유기규산염 유전율 2.5보다 30% 낮은 수치다. 이 연구 결과는 2020년 6월 국제학술지 네이처에 발표됐다.

신 교수 연구팀은 추가 연구를 통해 같은 질화붕소 소재인 육방정계 질화붕소(hBN)를 이용해 박막의 층수를 조절할 수 있는 단결정 hBN 합성법을 개발하기도 했다. 이 내용은 작년 6월 네이처에 게재됐다.

신 교수는 “초저유전물질 원천소재 개발은 반도체 칩 전력소모를 줄이고, 정보 처리속도를 높일 수 있는 핵심기술”이라며 “우리나라 반도체 초격차 전략을 이어갈 핵심 소재 기술로 발전할 수 있도록 후속 연구에 매진하겠다”고 밝혔다.

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