삼성전자가 반도체 신소재로 개발한 비정질 질화붕소 구조. 화이트 그래핀과 같은 원자 구조이지만, 정형화돼 있지 않아 화이트 그래핀과 구분된다. /삼성전자 뉴스룸

[우성훈 기자] 삼성전자가 반도체 집적도(1개의 반도체 칩에 구성돼 있는 소자의 수)를 높일 수 있는 신소재에 한 발 더 다가섰다.

6일 삼성전자 뉴스룸에 의하면, 삼성전자 종합기술원은 울산과학기술원(UNIST)과 손잡고 반도체 신소재 ‘비정질 질화붕소’를 발견했다. 

비정질 질화붕소는 2차원(Two-Dimensional, 2D) 소재로, 물질의 가장 작은 단위인 원자 수준에서도 도체.부도체.반도체의 강력한 특성을 갖고, A4용지(약 0.1㎜) 약 10만분의 1의 두께로 매우 얇아 잘 휘어지면서도 단단하다.

삼성전자가 반도체 공정에 적용키 위해 연구개발에 힘쓰고 있는 ‘그래핀’ 역시 2D 소재 중 하나다. 반도체의 집적도가 증가할수록 회로 간 선폭이 좁아지면서 저항이 커지는데, 그래핀의 촘촘한 육각구조 형태가 저항을 줄이는 가장 얇으면서도 단단한 장벽 역할을 하는 것이다. 

그래핀 개발 프로젝트 리더인 삼성전자 종합기술원 신현진 전문연구원은 “그래핀을 반도체 공정에 적용하기 위해서는 저온(400℃) 환경에서 대면적으로 웨이퍼 위에 바로 성장시킬 수 있는 기술 개발이 필요하다”면서, “종합기술원은 그래핀 양산 적용을 위한 연구개발뿐 아니라 응용 분야 확장에도 힘을 쏟고 있다”고 밝혔다.

비정질 질화붕소는 화이트 그래핀의 파생 소재로, 질소와 붕소 원자로 이뤄져 있으나 정형화되어있지 않은 분자구조를 가져 화이트 그래핀과 구분된다. 

또 반도체를 소형화하기 위한 핵심 요소 중 하나인 유전체로 활용돼, 전기적 간섭을 차단하는 역할을 할 수 있다. 즉, 반도체 집적화가 가속되며 생기는 전기적 간섭이라는 난제를 돌파할 수 있는 소재인 것이다.

비정질 질화붕소는 D램, 낸드플래시 같은 메모리 반도체를 비롯해 시스템 반도체 전반에 걸쳐 적용 가능하다. 특히 고성능이 요구되는 서버용 메모리 반도체 활용이 기대된다.

삼성전자 종합기술원에서 2D 소재 연구개발을 이끌고 있는 박성준 상무는 “최근 2D 소재와 여기서 파생된 신소재 개발이 가속화되고 있지만 공정에 바로 적용하기 위해서는 학계와 기업의 추가적인 연구개발이 필요하다”면서, “신소재 연구개발뿐만 아니라, 공정 적용성을 높여 반도체 패러다임 전환을 주도할 수 있도록 지속 노력하겠다”고 말했다.