Science
분자 자기조립을 이용한 3D 트랜지스터
장종엽엔에스
2015. 2. 2. 08:36
| KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-02-02 |
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| 컴퓨터 칩을 만들기 위한 새로운 방법은 분자를 동기화하는 형태를 취하는 것으로서 복잡한 구조를 자동으로 조립하는 것이다. 그렇게 되면 실리콘에 나노규모의 회로를 에칭하는 템플릿으로서의 역할을 하게 된다. 이 방법은 기존의 제조 기계시스템의 해상도를 가지고 전자제품을 계속 축소할 수 있도록 만들어주게 된다. IBM 연구원들은 이 새로운 방법을 가지고 가장 먼저 빠른 3D 트랜지스터를 만들고 있다. 2011년 컴퓨터 산업은 고성능 집적회로를 위해 3D 트랜지스터를 채택하였다. 왜냐하면 그것이 평면에서 구성된 회로보다 파워를 적게 소비하면서 더 빠르게 스위칭하기 때문이다. 이러한 회로들은 일반적으로 포토리소그래피를 이용하여 만들어지게 되는데, 이 처리과정은 대부분의 컴퓨터 회로를 위해 사용되고 있다. “이러한 과정에서 실리콘 웨이퍼는 포토레지스트라는 빛에 민감한 재료들로 코팅되며, 마스크라는 필터를 통해서 밝혀진 빛을 비추게 됨으로써 패턴이 노출된다. 빛이 비춰질 때마다, 포토레지스트가 변화하게 되며, 나머지 부분이 없어지게 된다. 그리고 웨이퍼는 표면의 노출된 부분에서 특징을 형성하기 위해서 화학적으로 에칭되게 된다. 가장 빠른 마이크로칩을 위해서, 요소들은 22nm 정도로 작으며, 80nm정도 떨어져 있게 되며, 이 처리과정은 30회 정도 반복된다고 Kwok Ng가 말했다. 그는 노스캐롤라이나 Semiconductor Research Corp.의 나노제조사업부 이사이다. 각 단계는 자체적인 고가의 마스크를 필요로 하며, 각 단계에서 처리를 위한 시간이 추가되게 된다. 포토리소그래피는 차세대 칩을 위해 동작하게 될 것이며, 14nm 정도 크기의 특징을 갖게 된다. 그러나 더 작은 특징을 갖는 고속의 칩을 위해서 포토리소그래피는 너무 가격이 비싸고 복잡해지게 되며, 빛의 파장에 의해서 결정된 한계에 부딪치게 된다. IBM 그룹은 제한된 자기조립(directed self-assembly)이라는 새로운 방법을 사용하였다. 이것은 블록 혼성중합체라는 물질의 종류를 사용한 것이다. 이러한 물질들은 자기조립을 조밀한 줄무늬로 채워진 것과 같이 복잡한 패턴으로 만드는 것이 가능하다. 이것은 폴리머의 길이, 크기 및 두 개의 블록을 끌어들이고 서로 밀어내는 것과 같이 다른 특징들을 조정함으로써 만들어지게 된다. 이러한 방법으로 만들어진 패턴들은 리소그래피를 사용하여 가능했던 것보다 더 조밀해질 수 있다. 즉, 이 방법이 더 작고, 더 조밀하게 채워진 균일한 집적회로의 부분들을 만드는데 사용될 수 있다는 것을 의미하는 것이다. 예를 들어, 실리콘 트랜지스터의 채널 또는 3D 트랜지스터의 핀과 같은 것이다. 회로의 나머지 부분은 기존의 방법을 사용하여 구성될 것이다. IBM 그룹은 연속된 깊고, 평행한 트렌치를 구성하기 위해서 포토레지스트 코팅을 미리 패턴으로 만드는 기존의 포토리소그래피 방법을 사용하였다. 이러한 트렌치는 블록 혼성중합체의 조립에 직접적으로 도움을 주게 된다. 이것은 더 작고, 더 조밀하게 채워진 트랜지스터의 핀을 에칭하는데 필요한 패턴을 정렬하기 때문에 포토리소그래피만을 가지고도 가능하다. 결과적으로 동작하는 기기들은 약 29nm보다 더 가깝고, 현재 가능한 80nm보다 훨씬 더 작도록 가깝게 만들어지는 특징을 가지게 된다. “그들은 정확한 패턴을 만들어줄 뿐만 아니라 동작하는 기기를 만드는데 이러한 폴리머를 사용하고 있다. 그들은 일반적으로 형성할 수 없는 패턴을 갖게 해주는 창조적인 방법을 시연하였다”고 MIT의 재료과학자인 Caroline Ross가 말했다. 그는 제한된 자기조립을 연구하고 있는 중이다. 제한된 자기조립은 이미 몇 군데의 칩 제조업체에 의해서 테스트되고 있다고 Ng가 말했다. 그러나 블록 혼성중합체는 조립과정에서 몇 가지 결함을 가지고 있으며, 대량생산에서 충분히 제어될 수 있는 처리과정이 될 수 있는지를 조사해야 될 필요성이 있다. | |
