반도체 고집적화 high-k가 열쇠
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게이트 절연막 및 금속 게이트 기술 부상 … 특허출원 계속 증가 반도체 소자의 집적도 및 미세화 향상을 위한 기술경쟁이 high-k로 대표되는 신물질과 금속 게이트의 도입으로 한층 가속화되고 있다.특허청에 따르면, 차세대 나노공정 구현을 위한 핵심기술로 평가되는 high-k 게이트 절연막 및 금속 게이트를 포함한 트랜지스터 특허 출원이 꾸준한 증가추세를 보이고 있다. 반도체 집적도 향상의 관건인 미세회로 구현을 위해서는 게이트 절연막이 얇아지더라도 누설 전류를 최소화시켜야 하는데, high-k 절연막은 누설 전류를 극적으로 감소시킬 수 있고 high-k의 주성분이 금속이어서 절연막과 인접한 게이트를 금속재료로 대체하면 효과가 배가된다. high-k 게이트 절연막 및 금속 게이트를 포함한 반도체 트랜지스터 관련 국내특허 출원은 1999년 이전에는 5건에 불과했으나 2000년 14건, 2001년 23건, 2002년 18건, 2003년 26건, 2004년 43건, 2005년 45건으로 매년 꾸준히 증가하고 있다. 특히, 2004년 들어 반도체 메모리 소자에 high-k 게이트 절연막 및 금속 게이트를 적용한 특허 출원이 급증했다. 출원국가별로는 한국이 145건으로 83%를 차지했고 일본이 22건으로 13%, 이밖에 미국 6건, 독일 1건으로 나타났다. 출원인별로는 세계 반도체 메모리 기술을 주도하는 삼성전자와 하이닉스의 출원이 대부분을 차지하고 있다.
인텔 외에도 삼성전자ㆍ하이닉스ㆍIBMㆍAMD 등 국내외 유수기업들이 앞 다투어 준비하고 있는 차세대 반도체 공정의 대부분이 high-k 게이트 절연막 및 금속 게이트 기술을 기반으로 하고 있어 앞으로 기술을 선점하기 위한 특허출원 경쟁이 점차 가열될 것으로 전망된다. 한편, high-k는 유전율(상수 k로 표현)이 높은 유전체를 뜻하며, 반도체 배선간 간섭을 차단하고 트랜지스터의 기본 구성단위인 게이트를 절연하는 특성이 높은 유전체를 말한다. 표, 그래프: | high-k 게이트 절연막 및 금속 게이트 포함 반도체 트랜지스터 관련 특허 출원건수 | <화학저널 2007/04/11> |
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