“반도체, 이젠 빠르게...”
반도체 기술은 미세화 기술을 이용한 집적도 향상과 배선기술을 이용한 처리속도 향상을 위한 경쟁이 치열하다. 이처럼 집적도가 높고 처리속도가 빠른 반도체를 만드는 데 결정적인 역할을 하는 것이 배선재료와 절연재료이다.
한편, 플래시 메모리나 DRAM으로 대표되는 메모리 소자는 미세화됨으로써 급속한 대용량화와 저비용화를 실현하고 있다. 그러나 이러한 미세화에 수반하여 배선의 저항이 증가하고 소자 간이나 배선 간의 정전용량이 증대해 저항과 정전용량의 곱으로 표시되는 신호지연이 문제가 되고 있다.
이로 인해 정보처리속도가 중요한 컴퓨터의 CPU 등 비메모리 소자뿐 아니라, 정보를 저장하는 용도로 사용되는 메모리 소자에서도 저항이 낮은 금속배선재료를 이용하고 정전용량을 저감하기 위하여 소자 간이나 배선 간에 유전율이 낮은 저유전율 막을 배치하여 반도체 소자의 처리속도를 높이기 위한 배선기술 개발이 불가피하게 되었다.
배선의 저항을 줄이기 위하여 알루미늄에서 저항이 낮은 구리로 급속히 전환되었으며, 나아가 배선간의 정전용량을 낮추기 위하여 저유전율을 갖는 물질의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 현재 반도체 소자 제조에 주로 사용되는 산화규소(SiO2) 막의 유전율은 3.9~4.2 정도인데, 이를 유전율이 2.65 정도인 저유전율 물질로 대체하는 경우 정전용량을 산화규소 막에 비하여 66%로 줄일 수 있다.
특허청(청장 전상우)은 반도체 소자의 처리속도를 높이기 위해 반도체 배선재료로 구리를 사용하는 특허출원이 1996년 이후 지속적으로 증가하고 있으며, 전체출원중 내국인출원이 차지하는 비율도 상승세를 지속하고 있고, 저유전율 절연막을 이용한 배선기술은 1998년 이후 외국인출원의 증가로 전체출원이 지속적으로 증가하고 있다고 밝혔다.
- 구리배선의 경우 2000년 이후 전체출원중 내국인출원 비율이 80% 이상 지속적 유지
- 저유전율 절연막을 이용한 배선기술은 1998년 총 24건에서 2004년에 88건으로 증가
국내 반도체 산업은 집적도가 중요한 DRAM 등 메모리 분야에서 세계 최고수준의 집적도 기술을 확보하고 있으나, 반도체 시장의 80%를 차지하는 CPU(중앙처리장치)등을 포함하는 비메모리 분야에서는 아직 미흡한 단계에 있는 실정이다.
따라서, 정보 처리속도가 매우 중요한 비메모리 분야에 진출하기 위해 활발한 연구와 경쟁력 있는 특허확보 노력 등 국내 반도체 관련 업체들의 적극적인 대응책 마련이 필요하다.
<용어정리>
□ 신호지연(RC delay)
한 점에서 다른 점으로 신호를 전송하는 배선층은 배선재료와 배선을 절연하는 절연재료로 이루어져 있으며, 신호가 전송될 때 배선층의 배선재료의 저항과 절연재료의 정전용량의 곱이 클수록 지연된다. 따라서 배선재료의 저항이 낮고, 절연재료의 정전용량이 작으면 신호가 좀 더 빠르게 진행하여 처리속도를 높일 수 있다. 한편, 절연재료의 정전용량은 절연재료의 특성을 나타내는 유전율과 밀접한 관련이 있고, 반도체 배선층을 통과하는 신호의 속도는 배선재료의 저항이 낮을수록, 절연재료의 유전율일 낮을수록 빨리 진행한다. 배선재료의 저항을 낮추기 위하여 구리(Cu)가 알루미늄(Al)을 대체하고 있으며, 종래의 산화규소(SiO2)로 이루어진 절연재료를 이보다 유전율이 낮은 저유전율 절연막을 이용한 배선기술이 개발되고 있다.
□ 저유전율 절연막
반도체 소자 제조에 주로 사용되고 있는 산화규소(SiO2) 박막은 유전율이 3.9~4.2이며, 이보다 낮은 유전율 물질을 저유전율 물질이라 한다. 반도체의 면적이 작아짐에 따른 배선저항증가를 상쇄하기 위해 배선재료로 구리(Cu)가 알루미늄(Al)을 대체하고 있다. 저유전 절연물질. 이른바 ‘low-k’는 구리 배선의 층 사이 물질로 기존 산화규소보다 유전율을 크게 낮출 수 있어 90㎚ 이하 공정에 본격적으로 적용될 신소재로 각광받고 있다. 현재 미세공정에 적용되는 ‘low-k’ 시장은 회전코팅(spin-on) 방식으로 제조되는 미국 다우케미컬의 절연재료 ‘실크’와 화학기상증착(CVD)방식으로 제조되는 미국 어플라이드머티리얼스의 ‘블랙다이아몬드’, 노벨러스의 ‘코렐’, ASMI의 ‘오로라’ 등이 있다. 기존 ‘low-k’는 모두 미국의 회사들이 특허권을 보유하고 있어 국내 업체들의 시장진입 및 개발 자체가 어려운 형편이다.
특허청 개요
특허청은 특허와 실용 신안, 디자인(의장) 및 상표에 관한 사무와 이에 대한 심사, 심판 사무를 수행하는 산업통상자원부 소속 행정기관이다. 대전에 본부를 두고 있다. 조직은 기획조정관, 산업재산정책국, 정보기획국, 고객협력국, 상표디자인심사국, 기계금속건설심사국, 화학생명공학심사국, 전기전자심사국, 정보통신심사국으로 구성되어 있다. 소속기관으로 특허심판원과 특허청서울사무소, 국제지식재산연수원 등이 있다.
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전기전자심사본부 반도체심사팀 사무관 김희주 042-481-5800
