[이달의 과학기술자상] '반도체 3차원 소자' 상용화 토대 마련

'반도체 3차원 소자' 상용화 토대 마련

벌크 실리콘 기판에 핀형태 채널구조 첫 구현

핀펫관련 원천특허 외국보다 앞서 대량출원도

3차원 벌크핀펫 기술을 개발한 이종호 교수(오른쪽 끝)와 연구진들이 환한 표정을 짓고 있다.

3차원 핀펫 소자(사진 위)는 2차원 소자(아래)와 달리 전류통로를 열고 닫는 역할을 하는 수도꼭지 모양의 게이트가 화살표 방향으로 흐르는 전류통로(채널)‘ 전체’ 를 감싸며 전류 흐름을 제어한다. 이를 통해 특성저하 등 2차원 소자의 기술적 한계를 극복하게 된다.

[이달의 과학기술자상]이종호 경북대 교수

'반도체 3차원 소자' 상용화 토대 마련벌크 실리콘 기판에 핀형태 채널구조 첫 구현핀펫관련 원천특허 외국보다 앞서 대량출원도

이재철기자 [e-mail]

3차원 벌크핀펫 기술을 개발한 이종호 교수(오른쪽 끝)와 연구진들이 환한 표정을 짓고 있다.

3차원 핀펫 소자(사진 위)는 2차원 소자(아래)와 달리 전류통로를 열고 닫는 역할을 하는 수도꼭지 모양의 게이트가 화살표 방향으로 흐르는 전류통로(채널)‘ 전체’ 를 감싸며 전류 흐름을 제어한다. 이를 통해 특성저하 등 2차원 소자의 기술적 한계를 극복하게 된다.

"반도체 3차원 소자의 주도권을 선점하다"

이종호 경북대 전자전기컴퓨터공학부 교수가 개발한 '3차원 벌크 핀펫(FinFET)'은 비용 부담이 큰 신소재 대신 기존 벌크 실리콘 기판을 이용한 것으로 3차원 소자의 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대된다.

명칭은 3차원 소자구조를 뜻하는 FinFET는 'Fin(물고기의 지느러미) Field Effect Transistor'의 약자로, 2차원 평면 소자구조 크기를 줄일 때 발생하는 기술적 한계를 극복하기 위해 물고기 지느러미처럼 수직으로 형성된 얇은 채널을 2개 이상의 게이트로 제어하는 방식이다. 이를 통해 트랜지스터 구동시 필요한 구동전류를 2배로 증가시키고 누설전류를 완전히 차단할 수 있게 된다.

그동안 3차원 소자기술의 가장 큰 걸림돌은 산업화할 수 있는 실용적 기술이 절대적으로 부족하다는 것이었다. 예컨대 SOI (Silicon On Insulator) 기판에 구조적 변형을 가해 문제를 해결하는 연구 성과도 있었지만, 이는 SOI 기판이 갖는 높은 결함밀도와 낮은 열전도 특성 등의 한계를 노출시켰다.

여기에 대한 이 교수의 접근법은 달랐다. 기존에 사용하고 있는 벌크 실리콘 기판을 가지고 기존 소자 구조를 변형, Fin 형태의 채널구조를 갖는 벌크 FinFET을 세계 최초로 구현했다. 이를통해 40 나노미터 소자를 개발, 제작하는 등의 쾌거를 이뤘다. 또 현재의 벌크 실리콘 기판에서 3차원 소자구조를 구현, 고집적ㆍ고성능 메모리 셀 소자는 물론 로직회로에도 적용할 수 있을 만큼 실용성이 뛰어나다. 즉, 벌크 FinFET 자체를 산업화할 수 있는 든든한 초석이 국내에서 처음으로 마련된 셈이다.

이 교수는 "기존 공정과 서로 잘 맞고 SOI 기판에 제작된 FinFET보다 실용성이 우수하다"며 "이미 국내 소자업체에서 벌크 FinFET을 D램 셀 소자로 적용, 그 우수성을 인정 받은 상태"라고 말했다.

자동적으로 FinFET 관련 원천특허를 외국보다 한 발 앞서 대량 출원하는 성과도 이어지고 있다. 일례로 최근 통계청은 FinFET 관련 특허출원 보도자료를 통해 "최근 5년간 공개된 국내 특허출원 가운데 FinFET 관련 건수가 2002년까지 10건에 불과한 반면, 2003년을 기점으로 한 해에만 34건에 이를 만큼 급증했다"고 밝혔다. 바로 이 교수의 원천특허가 집중 출원되면서 이 같은 결실을 맺었다.

이 교수는 "세계적으로 메모리 시장은 2차원에서 3차원으로 가지 않으면 안 되는 전환기적 상황을 맞고 있다"며 "경쟁국인 일본이나 미국이 먼저 FinFET 관련 원천특허을 취득하면 국내 기업들은 크로스 라이선싱 계약을 체결하더라도 자체 보유한 특허를 다 내줘야 하거나 끊임 없이 특허 갈등으로 시달려야 한다"고 지적했다. 그는 "그간 정부가 실용성에 중심을 둔 연구 정책을 지속적으로 추구해 와 이 같은 연구 성과를 거두는 데 큰 힘이 됐다"며 "세계적 반도체 강국으로서의 위상을 지키기 위해서는 실용성을 우선으로 하는 연구가 더욱 활발하게 이뤄져야 할 것"이라고 강조했다.

입력시간 : 2006/10/11 16:27