최리노 인하대학교 교수 <사진=최홍석 PD>
“반도체 미세화 한계 …구조 및 소재 혁신 필요
3D, BSPDN 등 성능과 효율 향상 기술 주목“
반도체 기술 발전은 미세화 공정을 통한 크기를 축소하는데 맞춰지고 있다. 이른바 ‘무어의 법칙’을 구현하는 게 핵심이다. 그러나 소자 크기가 작아지면서 여러가지 물리적 한계에 직면하고 있다.
이에 따라 3D 트렌지스터, 실리콘을 대체할 소재 개발 등 새로운 공정과 기술 도입이 현안으로 떠올랐다.
최리노 인하대 교수는 “반도체 소자를 더 작게 만드는 기술적 도전 과제로 열 문제, 전력 효율, 신호 누설과 같은 문제를 해결하는 것”이라며 “스트레인을 집어넣거나 고급 메탈 게이트를 도입하는 방법 등으로 이러한 문제를 극복하려고 노력 중”이라고 소개했다.
반도체 기술 발전 추세가 크기를 줄이는 방향에서 성능 향상을 위해 소재와 구조를 혁신하는 쪽으로 나아가고 있다는 것이다.
그는 “반도체 공정의 미세화가 계속 진행됨에 따라, 기존의 물리적 한계를 극복하고 성능을 향상시키기 위한 새로운 접근 방식이 필요하다”며 “이를 위해 공정 노드의 개념이 단순히 크기 축소에서 벗어나, 성능 향상을 위한 구조적·재료적 혁신으로 진화하고 있다”고 지적했다.
최 교수는 또한 반도체 소자의 구조 변경과 함께 발전하는 ‘Backside Power Delivery Network(BSPDN)’ 기술에 대해서도 언급했다. 이 기술은 반도체의 파워 매니지먼트를 향상시키고, 소자의 밀도를 증가시키는 동시에 파워 소모와 열 문제를 줄일 수 있는 방법으로 주목받고 있다.
최 교수는 “반도체 산업이 나아가야 할 방향과 관련하여, 혁신적인 공정 기술과 함께 더 효율적인 칩 설계가 중요하다”고 지적했다.
Q: 반도체 소자의 개념을 설명해 주실 수 있나요?
A: 반도체 내에서 트랜지스터는 하나하나 모두 소자라고 불립니다. 이들이 모여 집적 소자를 형성하고, 이러한 소자들은 전기 신호를 처리하는 기본 단위로 기능합니다. 이러한 소자들이 집적 회로를 형성하여 전자 기기의 핵심적인 기능을 수행하게 됩니다.
Q: 최근 반도체 기술의 발전 추세에 대해 어떻게 보시나요?
A: 기술적 발전은 주로 크기를 줄이는 방향으로 이뤄지고 있으며, 이제는 단순히 크기만 줄이는 것이 아니라 성능을 향상시키기 위해 소재와 구조를 혁신하는 단계로 나아가고 있습니다. 예를 들어, 플래너 구조에서 벗어나 3D 구조로 진화하고 새로운 소재를 도입하는 것 등이 그 예입니다.
Q: 반도체 소자의 발전에서 가장 중요한 트렌드는 무엇이라고 생각하시나요?
A: 반도체 소자의 크기를 줄이는 것이 주요 트렌드로, 이는 곧 소자의 속도와 효율성을 증가시킵니다. 그러나 최근에는 크기 축소 이외에도 고성능을 유지하면서 공정 기술의 이름을 낮추는 방향으로 발전하고 있습니다. 이러한 변화는 실제 소재의 특정 부분의 길이를 의미하는 것에서 기술적 용어로 변화하고 있습니다.
Q: 반도체 소자를 더 작게 만드는 기술적 도전은 무엇이 있나요?
A: 반도체 소자를 더 작게 만드는 과정에서 여러 기술적 도전이 존재합니다. 예를 들어, 반도체 소자의 크기를 줄이면서 발생할 수 있는 열 문제, 전력 효율, 그리고 신호 누설 같은 문제들을 해결해야 합니다. 또한, 스트레인을 집어넣거나 고급 메탈 게이트를 도입하는 등의 방법으로 이러한 문제들을 극복하려 노력하고 있습니다.
Q: ‘Backside Power Delivery Network (BSPDN)’ 기술이란 무엇이며, 왜 중요한가요?
A: BSPDN 기술은 반도체의 뒷면을 이용해 전력을 효율적으로 전달하는 새로운 방식입니다. 이 기술은 칩의 전력 공급 효율을 극대화하며 더 작은 공간에 더 많은 소자를 배치할 수 있게 하여, 소자의 밀도를 증가시키고 전력 소모와 발열을 줄이는 데 크게 기여합니다.
Q: 반도체 산업이 향후 직면할 주요 도전과 그 해결 방안은 무엇이라고 보십니까?
A: 반도체 산업은 물리적 한계에 도달함에 따라 새로운 공정과 기술의 도입이 필요합니다. 예를 들어, 기존 2D 트랜지스터 대신 3D 트랜지스터를 사용하는 등의 구조적 변화가 필요합니다. 또한, 기존 실리콘 소재의 한계를 극복하기 위한 새로운 소재의 개발도 중요합니다. 이러한 변화는 반도체의 소형화, 고성능화를 가능하게 하여, 지속적인 기술 혁신을 촉진할 것입니다.
정리_안영희 PD anyounghee@thelec.kr