CoSi 반도체 배선 — 20nm 비저항은 구리의 1/10, 칩 원가도 낮출까CoSi chip interconnects — one-tenth copper resistivity at 20 nm, but cheaper chips?

홍콩폴리텍대 차이양(Yang Chai) 교수팀이 CoSi 반도체 배선의 새로운 가능성을 보여줬습니다. 약 20nm 두께에서 같은 두께 구리의 10분의 1 수준인 비저항을 보고했습니다. 이 결과가 왜 흥미로운지, 그리고 칩 제조비와 사용 비용을 낮추려면 무엇이 더 필요한지 살펴볼 만합니다. 출처: Nature Materials
Yang Chai and colleagues at The Hong Kong Polytechnic University have reported a promising result for CoSi chip interconnects: at about 20 nm thick, the material had one-tenth the resistivity of copper at the same thickness. The economic question is how much of that material advantage can survive fabrication and reach a working chip. Source: Nature Materials
반도체에서 배선은 트랜지스터 사이로 전기 신호를 보내는 통로입니다. 스위치 역할을 하는 트랜지스터가 빨라져도, 연결선에서 신호가 늦어지면 칩 전체 성능은 그만큼 따라오지 못합니다. 그래서 작은 칩을 만드는 경쟁에는 연결선을 만드는 기술도 포함됩니다. 출처: Applied Materials · 2026
논문은 2026년 9월 8일 Nature Materials에 실렸고, 같은 학술지는 9월 25일 별도 해설을 게재했습니다. 여기서 관심을 둘 대목은 구리를 당장 교체한다는 선언보다, 배선을 줄일수록 불리해지던 물성의 방향을 바꿀 수 있다는 점입니다. 출처: Nature Materials · News & Views
연구를 이끈 사람들
차이양 교수는 연구를 총괄한 교신저자입니다. 공동 제1저자인 천제웨이(Jiewei Chen)와 옌젠민(Jianmin Yan)은 비저항 실험과 분석에 참여했습니다. 천제웨이는 연구 구상과 계산, 고주파 측정에도 참여했습니다. 논문의 저자 기여 명세에서 확인되는 역할입니다. 출처: Nature Materials
차이양 연구실은 저차원 물질을 전자소자로 구현해 온 곳입니다. 천제웨이와 함께한 텔루륨 위상변화 트랜지스터 연구는 2022년 Science Advances에, 센서 안에서 움직임을 인식하는 소자 연구는 2023년 Nature Nanotechnology에 실렸습니다. 이번에도 소재의 특성을 측정한 뒤 회로에 연결해 보는 방향으로 연구를 확장했습니다. 출처: Yang Chai 연구실
CoSi 반도체 배선은 구리와 무엇이 다를까
구리를 아주 얇게 만들면 전자가 표면이나 결정의 경계에서 흩어지는 영향이 커집니다. 전기가 더 흐르기 어려워진다는 뜻입니다. 재료가 전류를 얼마나 방해하는지 나타내는 값이 비저항입니다. 길이와 굵기를 포함한 실제 전선의 저항과는 구분해야 합니다. 출처: 논문 보충자료 · Note 1
천제웨이와 옌젠민이 조사한 CoSi는 코발트와 실리콘으로 이뤄진 준금속입니다. 준금속은 전자가 움직이는 에너지 구조가 일반적인 금속과 다른 물질을 말합니다. 이 연구에서는 표면이 전류를 잘 전달하는 경로로 작용했습니다. 얇아질수록 그 경로의 기여가 커진다는 것이 연구진의 설명입니다. 출처: 논문 보충자료 · Notes 1, 3
연구진은 두께가 1μm인 시료의 비저항을 7.0μΩ·cm, 약 20nm인 시료는 0.72μΩ·cm로 보고했습니다. 아래 그래프는 서로 다른 두께의 CoSi 시료를 비교합니다. 제목의 구리 대비 수치는 별도로, 논문이 제시한 같은 두께의 비교입니다. 출처: Nature Materials
논문 보고값. 서로 다른 두께의 CoSi 비교이며 실제 배선 저항이나 칩 전력 절감률이 아닙니다.
이 숫자만 보고 선을 계속 가늘게 해도 저항이 낮아진다고 생각하면 곤란합니다. 선이 가늘어지면 전류가 지나는 단면적도 줄어듭니다. 낮아진 비저항이 유리한 것은 맞지만, 실제 배선은 길이·폭·접촉 부분까지 포함해 다시 측정해야 합니다.
회로에 연결했지만, 칩이 10배 빨라진 것은 아닙니다
천제웨이와 Kevin J. Chen 등이 참여한 고주파 측정은 최대 40GHz까지 이뤄졌습니다. 별도로 16nm 노드 실리콘 링 발진기에 CoSi 연결을 넣었습니다. 링 발진기는 신호를 고리처럼 되돌려 보내며 반복적으로 진동시키는 시험 회로입니다. 논문은 기존 금속 배선 회로와 같은 주파수로 작동했다고 보고했습니다. 출처: Nature Materials
여기에는 단위가 비슷해 헷갈리기 쉬운 함정이 있습니다. 20nm는 CoSi의 두께입니다. 16nm 노드는 실리콘 회로의 공정 세대 이름입니다. 보충자료에 적힌 고주파 시험용 CoSi 소자의 폭은 4.5μm입니다. 따라서 40GHz 결과를 폭 20nm 배선의 성능이나 CPU의 작동 속도로 옮겨 읽으면 안 됩니다. 출처: 논문 보충자료 · Notes 5, 6
논문·보충자료
20nm 두께에서 낮은 비저항
재료
고주파 · 최대 40GHz 시험
회로 · 기존 금속 연결과 같은 주파수
후속 검증
좁은 선·접촉부에서 재현
가공
전력 · 실제 작업당 에너지
제조 · 양산 수율·총가공비
경제성을 판단할 때도 같은 구분이 필요합니다. 배선의 저항 손실을 낮추면 전력과 신호 전달에 유리할 수 있습니다. 하지만 칩은 연산, 메모리 접근, 여러 연결 구간에 함께 전력을 씁니다. 특정 재료의 비저항 비율을 서버 전체 전기요금의 절감률로 쓸 근거는 없습니다.
차이양 팀이 넘어야 할 문턱은 양산 공정입니다
차이양 팀의 결과를 공장으로 가져가려면 좋은 시료를 반복해서 만드는 방법이 필요합니다. 보충자료가 제시한 얇은 조각의 최적 성장 온도는 860~890℃입니다. 이미 만들어진 트랜지스터와 절연층 위에 적용하려면, 그 구조를 손상시키지 않는 공정 통합 방법을 별도로 검증해야 합니다. 출처: 논문 보충자료 · Note 2
다른 곳에서 만든 뒤 옮기는 방식을 검토할 수도 있겠습니다. 다만 이는 산업화 경로에 대한 추론입니다. 옮기는 과정의 손상, 표면 오염, 위치 정렬에 비용이 생기면 낮은 비저항의 이점을 일부 반납할 수 있습니다. 새로운 소재가 좋은 것과 그 소재로 싸게 만드는 것은 별도의 과제입니다.
넓고 얇은 조각을 아주 좁은 선으로 바꾸는 문제도 남습니다. 연구진 스스로 보충자료에서 나노와이어의 표면 결함과 측면 구속에 따른 산란을 논의합니다. 앞으로는 실제 배선 모양으로 깎고 절연층으로 덮은 뒤에도 성능이 유지되는지 확인해야 합니다. 출처: 논문 보충자료 · Note 3
경쟁 상대는 계속 개선되는 구리와 루테늄입니다
차이양 팀의 논문을 산업 현황과 나란히 놓으면 경쟁이 더 선명해집니다. Applied Materials는 2024년 루테늄·코발트로 구리 배선 안쪽의 얇은 보조층을 개선해 선 저항을 최대 25% 줄였다고 발표했습니다. 새 물질로 배선 전체를 바꾸지 않고, 구리가 차지하는 공간과 채워지는 상태를 개선하는 접근입니다. 수치는 회사 발표 기준입니다. 출처: Applied Materials · 2024-07-08
Applied Materials는 2026년 기술 설명에서도 구리의 제조 경험과 기존 공정과의 호환성을 강조했습니다. CoSi를 도입할 기업은 새 소재의 최고 성능뿐 아니라, 이미 공장에서 다룰 줄 아는 구리를 얼마나 더 개선할 수 있는지도 따져야 합니다. 바꾸지 않아도 얻을 수 있는 개선분이 있기 때문입니다. 출처: Applied Materials · 2026-01-23
루테늄 쪽에서는 imec가 제조 지표까지 공개했습니다. 2025년 발표에서 16nm 피치 구조의 40%가 저항 목표를 충족했고, 더 넓은 18~22nm 피치에서는 웨이퍼 수율 90% 이상을 보고했습니다. 피치는 이웃한 선이 반복되는 간격입니다. CoSi의 두께나 회로 노드와 같은 숫자로 비교할 수 없습니다. 출처: imec · 2025-06-03
16nm 피치 Ru
구조의 40%가 저항 목표 충족
지표
의미 · 가장 좁은 구조의 균일성 과제
18~22nm 피치 Ru
웨이퍼 수율 90% 이상
지표
의미 · 더 넓은 간격의 제조 결과
이 지표들은 CoSi가 루테늄보다 좋거나 나쁘다는 순위를 만들기 위한 것이 아닙니다. 서로 다른 시험입니다. 다만 신소재를 평가하는 질문이 결국 얼마나 낮은 저항을, 얼마나 많은 구조에서, 얼마나 안정적으로 얻는가로 이어진다는 점은 보여줍니다.
칩 제조비와 연산 비용은 서로 다르게 움직일 수 있습니다
차이양 팀의 성과가 산업으로 이어진다는 가정 아래, 먼저 봐야 할 장부는 제조사의 것입니다. 양품당 제조비는 웨이퍼 한 장의 총가공비를 판매 가능한 칩 수로 나눠 생각할 수 있습니다. 비싼 새 공정을 추가하거나 불량이 늘면, 전기적 성능이 좋아져도 이 비용은 올라갑니다.
반대로 배선 때문에 설계에 넣었던 여유를 줄일 수 있다면, 같은 면적에서 더 많은 기능을 구현할 가능성이 생깁니다. 특정 연결 구간의 성능이 부족해 생기던 불량을 줄일 수도 있겠습니다. 두 효과 모두 설계와 양산 시험이 필요한 전망이며, 이번 논문에서 확인한 비용 절감 성과는 아닙니다.
칩을 사서 쓰는 데이터센터의 계산은 또 다릅니다. 구매가격이 높더라도 같은 작업을 더 적은 전력이나 짧은 시간에 끝내면 사용 기간 전체의 비용은 낮아질 수 있습니다. 그러려면 실제 프로그램을 실행해 작업당 전력량과 처리시간을 측정해야 합니다. 회로 한 곳의 좋은 수치만으로 구매 결정을 바꿀 수는 없습니다.
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1
가공 후 성능
좁은 선·접촉부에서도 이점 유지
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2
양품당 제조비
추가 공정비와 불량률을 함께 평가
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3
실제 작업 성능
전력량·처리시간을 제품에서 측정
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4
사용 기간 총비용
칩 구매비와 운영비를 합산
새 시장이 열린다면 소재 공급뿐 아니라 균일한 막을 만드는 장비, 좁은 선을 가공하는 식각, 표면 상태와 결함을 확인하는 검사 분야에도 기회가 생길 수 있습니다. 한국 장비·소재 기업에 적용해 볼 수 있는 방향 역시 이쪽입니다. 다만 이번 자료에서 특정 한국 기업의 CoSi 수주나 채택 계획이 확인된 것은 아닙니다.
기존 구리 산업 전체가 대체될 것으로 보기도 어렵습니다. 칩 내부에서도 연결선마다 요구 조건이 다릅니다. 가장 작은 일부 구간에서 새 소재가 먼저 검토되고, 익숙한 금속이 다른 구간에 남는 전개가 더 현실적인 산업화 가설입니다. 이는 구리 원자재 수요의 급감 전망과도 구분해야 합니다.
다음에 확인할 것은 더 작은 선에서의 재현성입니다
천제웨이와 옌젠민의 실험은 얇은 CoSi를 배선 후보로 볼 이유를 만들었습니다. 다음 발표에서는 실제 선의 폭과 길이, 웨이퍼 전체의 성능 분포, 접촉부를 포함한 저항이 함께 나오는지 볼 필요가 있습니다. 시험 시간을 밝힌 수명 데이터와 기존 공정 대비 가공비도 경제성을 판단할 중요한 근거가 됩니다.
좋은 배선이 더 싼 연산으로 이어지려면 재료의 장점이 제조와 사용 과정까지 남아 있어야 합니다. 이번 CoSi 반도체 배선 연구의 가치는 그 출발점을 구체적으로 보여준 데 있습니다. 절감액을 계산하는 일은 그다음 실험과 공정 개발의 몫입니다.
자료 확인 기준일은 2026년 9월 30일입니다. 공식 초록은 PubMed에서, 보충자료는 출판사 PDF에서 확인했습니다. 저자 기여 명세는 논문 공개 페이지의 검색 색인 재현본을 참고했고, 저자·교신저자 정보는 대학 연구실 목록과 대조했습니다. 유료 본문 전체를 열람한 것은 아닙니다. 산업 자료는 기업·연구기관의 발표로 표시했고, 비용·시장에 관한 해석은 필자의 조건부 추론입니다.
좋은 배선이 더 싼 연산으로 이어지려면, 재료의 장점이 양산 공정에서도 유지되어야 합니다.
출처와 참고 링크
Interconnects carry electrical signals between transistors. Faster switches are less useful if their connections delay the signal. Shrinking a chip therefore requires better wiring as well as smaller transistors. Source: Applied Materials · 2026
The paper appeared in Nature Materials on September 8, 2026, followed by a commentary on September 25. Its appeal is a way to improve electrical behavior as a material gets thinner. That is an early research advantage, with manufacturing still to be established. Source: Nature Materials · News & Views
The people behind the work
Chai supervised the project as corresponding author. Joint first authors Jiewei Chen and Jianmin Yan contributed to resistivity experiments and analysis; Chen also worked on the concept, calculations and high-frequency measurements. These roles are specified in the paper’s contribution statement. Source: Nature Materials
The lab has a history of turning low-dimensional materials into devices. Its publication list includes work with Chen on tellurium phase-change transistors in Science Advances in 2022 and motion-perception devices in Nature Nanotechnology in 2023. That background helps explain the move from material measurements toward circuit integration. Source: Yang Chai 연구실
How CoSi chip interconnects differ from copper
In very thin copper, electrons scatter more at surfaces and crystal boundaries, making current harder to carry. Resistivity describes the material’s opposition to current. A wire’s actual resistance also depends on its length and cross-sectional area. Source: 논문 보충자료 · Note 1
The CoSi studied by Chen and Yan is a cobalt–silicon semimetal, with an electronic structure different from a conventional metal. The authors attribute its behavior to a highly conductive surface path whose relative contribution grows as the material becomes thinner. Source: 논문 보충자료 · Notes 1, 3
Reported CoSi resistivity falls from 7.0 μΩ·cm at 1 μm thickness to 0.72 μΩ·cm at about 20 nm. The chart compares CoSi samples of different thicknesses. The copper comparison in the headline is a separate, same-thickness benchmark reported by the authors. Source: Nature Materials
Reported CoSi values at different thicknesses, not wire resistance or chip power savings.
Lower resistivity helps, but a thinner wire also has less cross-sectional area. The complete connection must still be measured with its actual length, width and contacts. A favorable material trend does not remove the effects of geometry.
A circuit demonstration, with a narrower claim
High-frequency measurements involving Chen and Kevin J. Chen reached 40 GHz. A separate demonstration connected CoSi to a silicon ring oscillator made at the 16 nm technology node. This test circuit repeatedly circulates a signal; it ran at the same frequency as its metal-connected counterpart. Source: Nature Materials
The dimensions describe different things. The 20 nm value is material thickness; the 16 nm node names the silicon process generation. Supplementary Note 5 gives the CoSi RF test device a width of 4.5 μm. Its 40 GHz result is neither a 20 nm-wide wiring demonstration nor a CPU clock speed. Source: 논문 보충자료 · Notes 5, 6
Paper and supplement
Low resistivity at 20 nm thickness
Material
RF · Measurements up to 40 GHz
Circuit · Same frequency as metal-connected circuit
Further validation
Replication in narrow lines and contacts
Patterning
Power · Energy per real workload
Manufacturing · Production yield and total process cost
The same distinction matters for economics. Lower resistive loss can help power delivery and signaling, but computing, memory access and other connections also consume energy. A material’s resistivity ratio cannot be used as a server electricity-bill reduction.
The next challenge for Chai’s team is manufacturing
Moving Chai’s result into a factory requires reproducible material growth and integration. The supplement gives an optimal growth window of 860–890°C for thin flakes. Applying the material to completed transistor and dielectric structures requires a separately validated process that preserves them. Source: 논문 보충자료 · Note 2
Growing it elsewhere and transferring it is one possible route to investigate—an industrial inference, not a manufacturing result established here. Transfer damage, contamination and alignment could add costs. Better material performance and cheaper fabrication are separate achievements.
Patterning a broad thin flake into a narrow wire presents another challenge. The supplement discusses surface defects and lateral confinement as possible reasons for poorer nanowire behavior. Performance after patterning and encapsulation is therefore a key manufacturing question. Source: 논문 보충자료 · Note 3
Copper and ruthenium are moving targets
Chai’s work enters an industry that is already improving its alternatives. In 2024, Applied Materials reported up to 25% lower line resistance using a ruthenium–cobalt liner for copper. The approach improves the space available to copper and how it fills the structure. The performance figure is a company claim. Source: Applied Materials · 2024-07-08
In its January 2026 technology discussion, Applied Materials also emphasized copper’s manufacturing maturity and compatibility. A prospective CoSi customer would compare it with further improvements to a familiar process. The baseline keeps advancing. Source: Applied Materials · 2026-01-23
Imec has published manufacturing metrics for ruthenium. In June 2025 it reported that 40% of its 16 nm-pitch structures met a resistance target, while 18–22 nm-pitch structures achieved full-wafer yields of at least 90%. Pitch is the repeating spacing between neighboring lines, not the CoSi thickness or silicon node. Source: imec · 2025-06-03
16 nm-pitch Ru
40% of structures met resistance target
Metric
Meaning · Uniformity challenge at tighter pitch
18–22 nm-pitch Ru
Full-wafer yields ≥90%
Metric
Meaning · Results at wider spacing
These are different experiments, so they do not rank CoSi against ruthenium. They show what a manufacturing evaluation eventually demands: low resistance across many structures, delivered consistently.
Manufacturing cost and computing cost may move differently
Assuming Chai’s result can be industrialized, start with the manufacturer’s accounts. Cost per good die can be viewed as total wafer processing cost divided by the number of saleable chips. Added process expense or lower yield can raise that cost even when electrical performance improves.
If wiring improvements allow designers to reduce margins, they could potentially fit more functionality into the same area. They might also reduce failures caused by inadequate connections. Both possibilities need design and production evidence; neither is a measured cost saving in this paper.
A data-center buyer has a different calculation. A more expensive chip could still cost less over its lifetime if it completes the same work with less energy or in less time. That requires workload-level energy and throughput measurements, beyond a favorable result in one connection.
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1
After fabrication
Retain benefits in narrow wires and contacts
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2
Cost per good die
Account for added steps and yield
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3
Real workloads
Measure energy and execution time
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4
Lifetime cost
Combine purchase and operating costs
Potential new business could extend from material supply to uniform-film equipment, fine-line etching and surface or defect inspection. Those are plausible areas for Korean equipment and materials firms to investigate. The reviewed sources do not establish a CoSi order or adoption plan for any particular Korean company.
Wholesale replacement of the copper industry is an unlikely inference from this study. Different connections within a chip have different requirements. A more plausible industrial scenario is selective use in the smallest, most demanding locations while familiar metals remain elsewhere. It does not imply a collapse in commodity copper demand.
What to watch next: reproducibility in narrower wires
Chen and Yan’s experiments give a reason to investigate thin CoSi as a wiring candidate. Useful follow-up evidence would include actual line dimensions, wafer-wide distributions and resistance including contacts. Lifetime data with stated test durations and comparative processing costs would make the economic case more assessable.
For better wiring to produce cheaper computing, its advantage must survive both fabrication and use. This CoSi chip interconnect study offers a concrete starting point. The savings still have to be earned through the next experiments and process development.
Sources were checked as of September 30, 2026. The abstract was checked through PubMed and the supplement through the publisher. The contribution statement was consulted through an indexed reproduction of the public article page, with authorship cross-checked against the university lab list; the subscription-only main text was not fully accessed. Industry figures are identified as company or institute reports. Cost and market implications are conditional editorial analysis.
Better wiring reduces computing cost only if its advantages survive manufacturing.
Sources and further reading
이 글은 정보 제공 목적이며, 특정 자산의 매수·매도를 권유하지 않습니다.
For information only — this is not a recommendation to buy or sell any asset.
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