'허니콤' 모양 본뜬 나노패턴으로 반도체 성능 높인다

포스텍

벌집(허니콤) 모양에 착한한 나노 패턴을 나타낸 그래픽. 포스텍 제공

국내 연구진이 벌집의 육각형 구조에 착안한 나노 패턴 제작 기술을 개발했다. 반도체에 사용되는 나노 패턴 공정 과정을 단축하고 반도체 성능을 높이는 데 기여할 것으로 기대된다.

포스텍은 김진곤 화학공학과 교수 연구팀이 블록 공중합체(BCP)의 수소결합을 통해 고밀도 나노 구조를 만드는 데 성공했다고 21일 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘ACS 매크로 레터스’ 최근호의 보충표지논문으로 게재됐다.

작은 반도체 칩 안에 많은 부품과 회로를 효과적으로 담기 위해서는 나노미터(nm) 규모에서 패턴을 초고밀도로 배열하는 정교한 기술이 필요하다. 매우 짧은 파장의 극자외선을 이용한 리소그래피 공정은 미세한 패턴을 생성할 수 있지만 공정이 까다롭고 초기 투자와 유지보수 비용이 매우 크다는 한계가 있다.

해결책으로 두 종류의 분자 블록이 결합된 BCP가 주목받고 있다. BCP는 블록 간 상호 작용을 통해 스스로 특정한 패턴의 나노 구조를 만드는 ‘자기조립’이 가능하기 때문이다. 이때 부피 분율이 큰 블록은 매트릭스(바탕)가 되며 작은 블록이 특정한 나노 패턴을 형성한다. 부피 분율이 더 큰 블록이 스케치북이라면 나머지 블록이 그 위에서 원이나 선 등의 패턴을 그리는 펜이 되는 것이다. 

부피 분율이 작은 블록이 패턴을 만드는 경우 패턴 간 간격이 넓어 초고밀도 패턴을 제조하기 어렵다는 문제가 있다. 한정된 면적에서 고밀도 패턴을 형성하기 위해서는 부피 분율이 큰 블록이 나노 패턴을 형성해야 하기 때문이다.

연구팀은 수소결합을 형성할 수 있는 두 가지 다른 BCP를 이용해 문제를 해결했다. 두 BCP의 분자량과 혼합 비율을 조절해 원형 단면이 아닌 정사각형 또는 육각형 패턴을 형성했다. 빈 공간이 거의 없이 촘촘하게 배열된 육각형 구조는 벌집 구조처럼 주어진 공간을 최대로 활용할 수 있었다. 

연구를 이끈 김진곤 교수는 “BCP를 사용하면 기존 공정에 비해 경제적일 뿐 아니라 정교하고 복잡한 나노 패턴을 빠르게 만들 수 있다”며, “이번 연구가 반도체의 성능을 향상시키는 연구에 큰 도움이 되길 바란다”고 전했다.

[박정연 기자 hesse@donga.com]