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3차원 반도체 초미세 패턴 제작기술 개발

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3차원 반도체 초미세 패턴 제작기술 개발

2019.07.21 14:27
손정곤 KIST  광전하이브리드연구센터 책임연구원팀이 개발한 나노패터닝 기술로 10nm 이하 초미세 나노패턴을 제작한 모습. 네이처 커뮤니케이션즈 제공
손정곤 KIST  광전하이브리드연구센터 책임연구원팀이 개발한 나노패터닝 기술로 10nm 이하 초미세 나노패턴을 제작한 모습. 네이처 커뮤니케이션즈 제공

국내 연구진이 반도체 칩이나 광전소자를 만들 때 사용하는 나노패터닝 기술을 한 차원 높인 기술을 선보였다.

 

한국과학기술연구원(KIST) 광전하이브리드연구센터 손정곤 책임연구원과 오진우 박사후연구원팀은 아주 손쉽고 간단하면서도 다양한 종류와 모양의 블록공중합체에 쓸 수 있는 10nm(나노미터·10억분의 1m)이하 초미세 나노패턴 제작 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 블록공중합체란 고분자 두 개 이상이 다른 고분자 사슬에 규칙적으로 연결된 고분자다.

 

반도체 전문가들은 최근 10nm 수준으로 초미세 패턴을 제작하는 방법에 관심을 보이고 있다. 특히 블록공중합체는 스스로 나노 구조를 만드는 자기조립이 가능하기 때문에, 초미세 패터닝 기술이 저렴하고 빠르게 이뤄질 수 있어 차세대 반도체 제조 기술로 각광받고 있다. 

 

하지만 이전까지는 블록공중합체가 나노 수준으로 자기조립하는 과정에서 구조적 결함이 나타나거나, 패턴이 특정 구조로 배열되는 것이 어렵다는 한계가 있었다. 특히 수직적인 배열을 시키려면 매번 인위적으로 고분자를 합성해 필름의 위와 아래에 각각 넣어야 해 번거로웠다. 
 
연구팀은 쉽고 간단한 공정으로 어떤 형태의 블록공중합체라도 배향을 조절할 수 있는 방법을 개발해 이런 한계를 극복했다. 연구팀은 낮은 에너지를 가진 입자만 통과하게 하는 필터를 활용해 고분자 필름 표면에 3~5nm 정도의 얇은 층을 만드는 기술을 개발했다. 연구팀은 블록공중합체 필름에 이 기술을 적용해 두 고분자들이 잘 섞여 있는 얇은 층을 만들고, 이 층이 블록공중합체와 자연적으로 경계면을 형성하게 해 수직으로 배열할 수 있었다.  

 

게다가 연구팀은 실제 반도체 공정에서 이 기술을 이용해  3차원 입체구조 트랜지스터로 사용되는 핀펫을 흉내 낸 3차원 구조를 구현하고, 미세 화학 패턴 위에서도 결함이 거의 없는 10nm 이하의 수직 줄무늬 패턴을 만드는 데도 성공했다. 
 
손정곤 책임연구원은 "이번에 개발한 기술이 초미세 반도체 공정 기술에 실질적으로 적용되길 바란다"고 기대했다. 이 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 2일자에 발표됐다.

 

10nm 이하 초미세 나노패터닝 기술을 개발해 실제로 구현 성공한 KIST 광전하이브리드연구센터 손정곤 책임연구원(왼쪽)과 오진우 박사후연구원(오른쪽). KIST 제공
10nm 이하 초미세 나노패터닝 기술을 개발해 실제로 구현 성공한 KIST 광전하이브리드연구센터 손정곤 책임연구원(왼쪽)과 오진우 박사후연구원(오른쪽). KIST 제공

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