반도체 소자는 지속적으로 스케일링을 통해 집적도가 향상되고 있다. 최근에는 4차 산업혁명시대, 산업 구조 가 변화함에 따라 새로운 반도체 응용 분야 확장으로 인해 저전력, 고성능의 반도체 소자 고도화에 대한 요구뿐만 아니라 반도체 칩 수요의 급속한 증가로 그 어느 때보다 반도체 소자의 초소형화와 고집적도 구현 이 중요해지고 있다. 하지만 반도체 소자의 물리적 영역이 나노스케일 더 나아가 원자스케일로 계속 감소함 에 따라 소자 성능이 갈수록 전기적 저항 증가에 대한 문제의 비중과 영향력이 커지고 있다. 이에 본 고에서 는 전체 반도체 칩 구조에서 전기적 저항 증가가 크게 발생하는 다중 스택 구조의 금속 배선과 금속/반도체 계면의 접촉 부분에서 이를 해결하기 위한 다양한 접근들을 소개하고 이에 대한 기술적 내용을 좀 더 상세히 살펴보고자 한다. 이와 함께 앞으로 변화가 예상되는 반도체 소자에 대한 구조 및 스케일링을 해결하기 위해 새롭게 제안되고 적용되는 기술이면서 오랫동안 반도체 물질로 많이 사용되고 있는 실리콘 물질에 대한 대체 가능성을 살펴보고 앞으로의 방향에 대해 예측하고 이해를 돕고자 한다. I. 서론 최근 4차 산업혁명으로의 진입과 코로나19의 영향으로 [그림 1]과 같이 빅데이터(Big Data), AI(Artificial Intelligence, 인공지능), AR/VR(Augmented Reality, 증강/Virtual Reality, 가상), IoT(Internet of Things, 사물인터넷) 등의 신규 응용 분야가 확대됨에 따라 반도체 패러다임 전환이 가속화되고 있으며 반도체 칩의 수요도 급격하게 증가하고 있다[1],[2]. 그리고 이러한 환경에 맞는 저전력, 고성능 반도체 소자 제작이 함께 요구되고 있어 반도 체 소자의 초소형화와 집적도 향상이 매우 중요한 요소로 부각되고 있으며, 이를 선도하기 위한 칩 생산자 간의 경쟁도 매우 치열해지고 있다. 따라서 현재는 EUV(Extreme Ultra- * 본 내용은 권혁준 조교수(☎ 053-785-6326, hj.kwon@dgist.ac.kr)에게 문의하시기 바랍니다. ** 본 내용은 필자의 주관적인 의견이며 IITP의 공식적인 입장이 아님을 밝힙니다. 반도체 소자 스케일링에 따른 전기적 저항 향상 기술 Chapter 01 기획시리즈-인공지능 반도체 정보통신기획평가원 3 Violet) 광원 도입, 새로운 3차원 구조 및 적층 구조(예; 3차원 로직, 3차원 적층 NAND, 3차원 패키징 등)를 통해 기존의 미세화 기술의 한계를 극복하면서 집적도를 지속적으로 향상시키고 있다. 하지만 반도체 소자의 스케일링으로 인해 물리적인 면적이 감소되어 전기 적 저항이 커지고 이러한 전기적 저항이 전자 소자의 성능에 영향을 주는 비중이 상대적으로 매우 커졌다. 5nm 노드 또는 그 이하의 경우 전체 RC delay의 약 50%가 전기적 저항에 의해 영향을 받게 된다[3],[4].