KAIST-POSTECH, 새로운 다층 금속 상호연결 기술 개발

수직 집적된 디지털 회로 공정 모식도 및 이미지

KAIST는 생명화학공학과 임성갑 교수가 POSTECH 창의IT융합공학과 김재준 교수 연구팀과 비아홀(via-hole) 공정 없이도 금속을 다중으로 상호 연결할 수 있는 기술을 개발해 5층 이상의 3차원 고성능 유기 집적회로를 구현했다고 11일 밝혔다.

이 기술은 금속의 수직 상호 연결을 위해 공간을 뚫는 작업인 비아홀 공정 대신 패턴 된 절연막을 직접 쌓는 방식으로, 유기 반도체 집적회로를 형성하는데 적용할 수 있는 신개념의 공정이다.

유기 트랜지스터는 구부리거나 접어도 그 특성을 그대로 유지할 수 있는 장점 때문에 유연(flexible) 디스플레이 및 웨어러블 센서 등 다양한 분야에 적용할 수 있다. 그러나 유기물 반도체는 화학적 용매, 플라즈마, 고온 등에 의해 쉽게 손상되기 때문에 일반적인 식각 공정을 적용할 수 없어 유기 트랜지스터 기반 집적회로 구현의 걸림돌로 여겨졌다.

이에 공동 연구팀은 유기물 반도체의 손상 없이 안정적인 금속 전극 접속을 위해 절연막에 비아홀을 뚫는 기존 방식에서 벗어나 패턴 된 절연막을 직접 쌓는 방식을 택했다.

패턴 된 절연막은 패턴 구조에 따라 반도체소자를 선택적으로 연결할 수 있도록 했다.

연구팀은 '개시제를 이용한 화학 기상 증착법(iCVD)'을 통해 얇고 균일한 절연막 패턴을 활용해 안정적인 트랜지스터 및 집적회로를 구현하는 데 성공했다.

연구팀은 긴밀한 협력을 통해 개발한 금속 상호 연결 방법이 유기물 손상 없이 100%에 가까운 소자 수율로 유기 트랜지스터를 제작할 수 있음을 확인했다.

제작된 트랜지스터는 탁월한 소자 신뢰성 및 균일성을 보여 유기 집적회로 제작에 큰 역할을 했다.

연구팀은 수직적으로 분포된 트랜지스터들을 상호 연결해 인버터, 낸드, 노어 등 다양한 디지털 논리 회로를 구현하는 데 성공했다.

이 밖에도 연구팀은 효과적인 금속 상호 연결을 위한 레이아웃 디자인 규칙을 제안했다.

김재준 교수는 "패턴 된 절연막을 이용하는 발상의 전환이 유기 집적회로로 가기 위한 핵심 기술의 원천이 됐다"며 "향후 유기 반도체 뿐 아니라 다양한 반도체 집적회로 구현의 핵심적인 역할을 할 것으로 기대한다"고 말했다.
김성현 기자 larczard@