350℃ 저온·대량생산 길 연 KIMS, 차세대 '3차원 적층 반도체' 디딤돌

차세대 반도체 생산기술을 개발한 한국재료연구원 김용훈 책임연구원, 김지우 선임연구원, 부산대학교 이승기 교수, 한국재료연구원 강성모 석사후연구원, 정석진 박사후연구원(사진 왼쪽부터).  (사진=재료연 제공)

한국재료연구원(KIMS) 지능형반도체재료연구센터 김용훈·김지우 박사 연구팀과 부산대 이승기 교수 연구팀이 350℃의 낮은 온도에서 웨이퍼 10장에 차세대 2차원 반도체를 동시에 제조하고 트랜지스터까지 직접 제작하는 기술을 개발했다고 4일 밝혔다. 이번 연구를 통해 한정된 면적에 더 많은 전자부품을 집어넣는 '차세대 3차원 적층 반도체' 제조 기술로 발전할 수 있다는 점에서 주목된다.

반도체를 여러 층으로 쌓는 3차원 적층 기술은 초고집적화를 위해 반드시 필요한 제조 기술이지만, 기존 일부 기술은 제조 과정에서 600℃ 이상의 높은 온도가 필요해 이미 만들어진 반도체 소자에 손상을 줄 수 있다는 위험과 고도의 정밀성이 요구됐다.

연구팀의 기술은 기존 실리콘 반도체 제조에 널리 활용되는 박막 증착 및 미세가공 기술을 기반으로 350℃라는 비교적 낮은 온도에서 2차원 반도체를 형성한다. 이를 통해 아래쪽 소자의 손상 위험을 줄이고 실제 생산공정에 적용할 가능성을 높였다. 또 지름 약 10cm 가량의 웨이퍼 10장을 한 번에 처리하는 배치(Batch)형 공정을 구현해, 제조 효율을 높일 가능성을 보여줬다.

공동 제1저자인 KIMS 강성모·정석진 연구원은 "낮은 온도에서 2차원 반도체를 여러 장 동시에 만들고 실제 전자부품까지 제작하는 기술을 확보했다"며, "앞으로 기존 반도체 소자와 수직으로 쌓는 집적 기술로 확장해 차세대 고집적 반도체 제조 기술의 산업적 활용 가능성을 높이겠다"라고 밝혔다. 연구팀은 향후 기존 실리콘 반도체 위에 2차원 반도체를 직접 쌓는 기술을 검증하고 3차원 적층 반도체 제조 기술로 발전시킬 계획이다.

이번 연구결과는 영국왕립화학회(RSC)가 발행하는 국제학술지 '나노스케일(Nanoscale, IF 5.2)'에 2026년 7월 1일에 게재됐다.

한편, 한국재료연구원은 경남 창원에서 소재분야의 연구개발,성과확산, 시험평가, 기술지원 등을 통해 국가 소재 연구개발하는 정부출연연구기관으로, 국가 소재산업 발전 및 국가·사회문제 해결에 기여함을 목적으로 한다.

임병안 기자