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반도체 회로 3차원으로 그리는 방법 찾아냈다

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2015년 03월 25일 18:00 프린트하기

반도체 회로를 3차원으로 제작할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 반도체 회로의 정밀도를 큰 폭으로 높일 수 있어서 더 작고 빠른 반도체 생산기술을 만드는 토대가 될 전망이다.

 

김신현 KAIST 생명화학공학과 교수팀은 3차원 반도체를 제작 할 수 있는 새로운 ‘포토리소그래피(photolithography)’ 공정 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.

 

반도체 회로는 얇은 실리콘 판을 이용해 만드는데, 이때 주로 이용하는 방법이 포토리소그래피 기법이다. 재료에 빛과 반응하는 감광물질을 바른 뒤 빛에 노출시켜 굳혀내고, 나머지 부분을 깎아내는 방식으로 정밀한 회로를 그려내는 원리로 정밀 반도체 회로를 만들어 내는 산업계 대부분에서 활용한다.

 

포토리소그래피 공정은 자외선이 항상 수직으로 내리쬐기 때문에 빛의 노출 방향에 따라 형성되는 패턴이 2차원으로만 제조되는 한계가 있었다. 이 방법으로 반도체 집적도를 높이는데 한계에 도달하자 전자회로를 입체로 그리는 방법이 연구되고 있지만 산업용 공정기술까지 개발에 성공한 사례는 이번이 처음이다.

 

김 교수팀은 반도체 공정에서 방해요소 취급을 받는 산소를 이용했다. 원료인 실리콘이 산소에 노출되면 이용하면 손쉽게 쉽게 굳어지는 경화작용이 일어나기 때문이다. 연구팀은 반도체 재료에 자외선을 쪼여 주는 부분에만 산소 농도가 감소된다는 사실에 주목하고, 이 농도 차이를 역으로 이용해 회로를 그려내는 방법을 찾아냈다. 경화되는 부분을 산소를 이용해 조절하면 빛에 반응하는 부위를 조절할 수 있게 돼 입체적인 회로를 자유롭게 그릴 수 있었다.

 

연구진은 이 기술을 더 발전시키면 반도체 제조공정 이외에도 다양한 응용이 가능할 것으로 보고 있다. 패치형 약물 전달체, 물과 기름에 젖지 않는 표면 등 다양한 첨단제품 제조가 가능하다.

 

김 교수는 “이 기술은 3차원의 미세패턴을 대량생산할 수 있다는 점이 가장 큰 장점”이라며 “학계와 산업계 대부분이 포토리소그래피 장비를 쓰기 때문에 파급 효과가 클 걸로 보인다”고 말했다.

 

연구성과는 ‘네이처’ 자매지인 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 온라인 판 13일자로 게재됐다.

 

한편 연구팀은 이번 연구결과를 2013년 작고한 콜로이드 및 유체역학 분야의 대가였던 고(故) 양승만 KAIST 생명화학과 교수에게 헌정했다.

 

 

새롭게 개발된 포토리소그래피 공정을 이용해 형성된 미세 구조의 모습. 뾰족하거나 둥근 3차원 구조를 자유롭게 깎을 수 있다. - KAIST 제공
새롭게 개발된 포토리소그래피 공정을 이용해 형성된 미세 구조의 모습. 뾰족하거나 둥근 3차원 구조를 자유롭게 깎을 수 있다. - KAIST 제공
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