어플라이드, 2나노 GAA용 증착 장비 공개…"옹스트롬급 제어"

[아이뉴스24 권서아 기자] 세계 반도체 장비 1위 기업인 미국 어플라이드 머티어리얼즈가 2㎚(나노미터·10억분의 1ｍ) 이하 첨단 로직 공정을 겨냥한 증착 장비를 14일 공개했다.

이번에 공개된 장비는 '프로듀서 프리시전(Producer Precision)' 선택적 질화막 플라즈마화학기상증착(PECVD)과 '엔듀라 트릴리움(Endura Trillium)' 원자층 증착(ALD) 시스템이다.

새로운 장비는 게이트-올-어라운드(GAA) 필수 소재인 금속과 절연 유전체를 원자 수준 정밀도로 증착해 트랜지스터 성능과 전력 효율을 동시에 높이는 것이 목적이다.

GAA 전환으로 공정 난도는 기존 시스템반도체 생산에 쓰이던 핀펫(FinFET) 구조보다 크게 높아졌다. GAA구조에서 3차원(3D)의 트랜지스터를 형성하려면 500개 이상의 공정 단계를 거쳐야 하며, 상당수 공정에서 원자 수준의 증착 제어가 요구된다.

프로듀서 프리시전은 얕은 트렌치 절연(STI) 소재가 리세스(Resess)되는 것을 막는다. 후속 식각(Etching) 공정이 반복되면 STI 산화물 높이가 낮아지고 무결성이 깨지면서 '기생 커패시턴스(전기가 주변으로 새거나 간섭하는 현상)'가 증가한다.

이 장비는 트렌치 하부에만 질화막을 형성하는 선택적 바텀업 공정을 적용해 STI 높이를 유지하고 누설과 전기적 간섭을 줄인다.

엔듀라 트릴리움은 고정밀 금속 증착 기반의 메탈 게이트 스택을 형성하는 장비다. GAA 구조에서는 약 10㎚ 간격의 나노시트를 완전히 감싸야 하며, 미세한 간극이나 두께 불균일만으로도 스위칭 특성과 수율이 흔들린다.

트릴리움은 옹스트롬 수준 두께 제어로 임계전압 튜닝과 신뢰성을 동시에 확보하도록 설계됐다. 옹스트롬은 ㎚보다도 작은 단위다. 1옹스트롬은 100억분의 1ｍ로 0.1나노와 같다.

어플라이드가 개발 중인 차세대 AI 그래픽처리장치(GPU)는 우표 크기 면적에 3000억 개 이상의 트랜지스터가 집적될 것으로 예상된다. 이에 따라 미세 구조 제어와 절연 안정성 확보가 핵심 과제로 떠오르고 있다.

프라부 라자 반도체 제품 그룹(SPG) 사장은 "반도체 산업은 기존 리소그래피(노광) 기반 미세화만으로는 한계에 도달했다"며 "옹스트롬급 공정에서는 소재 혁신이 성능과 전력 효율을 좌우한다"고 말했다.

어플라이드는 해당 장비들이 현재 선도 파운드리(반도체 위탁생산)와 로직 반도체 제조사의 2㎚이하 GAA 공정에 채택되고 있다고 밝혔다.

현재 삼성전자와 SK하이닉스 등 메모리 기업과도 반도체 공정 기술과 제조 장비 공동 연구개발(R&D) 체계를 구축하고 있다.