반도체 공정문제 해결할 3차원 나노 패터닝 기술 개발

[박계현기자] 국내 연구진이 양성자의 결정 구조를 손상시켜 형태 변형이나 구조적 결함 없이 나노 소자를 패너닝할 수 있는 기술을 개발했다.

연세대 홍종일 교수 연구팀은 양성자(수소 이온)의 농도와 에너지를 제어해 산화물층과 금속층을 교대로 적층시킨 구조체 내에서 산화물층의 산소 원자만을 구조체의 손상 없어 선택적으로 제거할 수 있는 방법을 고안했다.

양성자(수소 이온) 조사(照射) 패터닝 방법은 금속 산화물 내 산소원자만을 선택적으로 제거하는 환원 현상을 이용한 기술이다.

가장 가볍고 작은 이온인 양성자를 기존 기술의 수 천분의 1 수준인 300 eV의 작은 에너지로 가속시켜 구조체에서 원자수준의 물리적·화학적 손상없이 목표 층에서만 패턴을 만드는데 성공했다.

구조적 또는 화학적 손상 없이 원자수준에서 나노 패터닝이 가능해지면, 테라급(1테라바이트는 DVD영화 500편, mp3 음악 25만곡을 저장할 수 있는 용량) 이상의 나노소자를 패터닝할 수 있게 된다.

이 기술은 화합물을 구성하고 있는 개별 원자의 결합 에너지가 다르다는 점을 이용해 양성자의 에너지를 조절한 것이다. 목표로 하는 원소만을 선택적으로 제거할 수 있는 3차원 패터닝 기술로 금속과 산화물 뿐 아니라 질화물, 황화물 등 여러 화합물에 적용할 수 있다.

이 기술을 이용할 경우 여러 층들로 이루어진 복잡한 물질 시스템에서도 식각이나 절연막 형성, 표면 평탄화 등 기존 공정 단계를 건너뛸 수 있다.

홍종일 교수는 "기존의 패터닝 공정단계를 절반으로 줄여 수율을 높이고 제조단가를 줄일 수 있다"며 "기술경쟁력의 우위를 선점할 수 있는 녹색기술"이라고 설명했다.

홍 교수는 "현재 나노미터 수준의 공정상에서 발생하는 각종 식각 손상, 산화물-금속 전극 사이 계면 산화에 의한 소자 오작동 및 특성 저하 등 현재 반도체 공정에서 문제가 되고 있는 부분들을 해결할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.

이번 연구결과는 교육과학기술부(장관 이주호)와 한국연구재단(이사장 이승종)이 추진하는 미래유망융합기술 파이오니어 사업과 일반연구자 지원사업 그리고 나노메카트로닉스 기술개발 사업의 지원을 받았으며, 나노 기술 분야 학술지인 네이처 나노테크놀로지 9월 1일자에 실렸다.