글로벌 반도체 재료 공학 솔루션 기업 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)가 3D 칩 스케일링의 핵심 과제를 해결하는 새로운 칩 제조 시스템 2종을 공개했다. Centris™ Spectral™(센트리스 스펙트럴) SiN 원자층증착(ALD) 시스템과 Producer™ Selectra™(프로듀서 셀렉트라) 몰리브덴 식각 시스템이 그 주인공으로, 두 시스템 모두 현재 선도적인 로직·메모리 칩 제조사의 첨단 노드 제조 현장에 도입돼 활용되고 있다.
AI 컴퓨팅 수요의 급증은 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터, 고적층 3D 낸드를 비롯한 첨단 3D 디바이스 아키텍처로의 전환을 가속화하고 있다. 이러한 수직 구조에서 피처(feature)가 깊고 좁아질수록 기존 증착·식각 공정으로는 상부에서 하부까지 재료를 균일하게 분포시키기 어려우며, 이는 곧 전기적 성능 저하와 수율 하락으로 이어진다. 어플라이드 머티어리얼즈는 이번에 공개한 두 시스템을 통해 고종횡비 3D 구조에서의 정밀한 재료 공학 기술을 구현하고, 차세대 AI 칩에 요구되는 성능·에너지 효율·양산 수율을 동시에 끌어올리는 것을 목표로 한다.
Centris Spectral SiN 원자층증착 시스템은 혁신적인 고밀도 마이크로파 플라즈마 기술을 적용해 기존 플라즈마 강화 증착 방식의 한계를 극복했다. 실리콘 질화막(SiN)은 표면 패시베이션, 유전체 절연, 패터닝 스페이서 형성 등 칩 제조 공정의 다양한 단계에서 활용되는 핵심 재료다. 그러나 기존 증착 방식은 첨단 3D 칩 아키텍처의 고종횡비 구조에 균일한 막을 형성하기 어려웠고, 이는 SiN 박막 품질 저하로 이어졌다. 새 시스템은 플라즈마 밀도와 이온 유발 손상 사이의 상충 관계를 최소화하면서 치밀하고 균일한 저온 SiN 증착을 실현한다. GAA 트랜지스터의 경우 트랜지스터 콘택트를 위한 고품질 라이너 형성에 활용돼 핵심 계면에서의 저항과 정전용량을 낮춰 더 빠른 디바이스 성능을 구현한다. 이 시스템은 어플라이드의 새로운 Spectral ALD 플랫폼을 기반으로 하며, 최첨단 쿼드 반응기(Quad reactor) 설계, 다양한 플라즈마·열처리 역량, 시분할 및 공간 분할 원자층증착 작동을 모두 지원하는 특수 하드웨어를 특징으로 한다.
Producer Selectra 몰리브덴 식각 시스템은 3D 낸드 스케일링의 고질적 난제였던 워드라인 분리 문제를 건식 공정으로 해결한다. 3D 낸드 적층 수가 높아지면서 전기적 단락 방지와 불필요한 정전용량 감소를 위한 개별 워드라인 간 정밀 분리 공정이 필수가 됐다. 기존 습식 식각 방식은 고종횡비 구조의 깊은 영역까지 액상 화학물질이 도달하지 못해 상부에 식각이 집중되는 '탑헤비(Top-heavy)' 프로파일 문제를 낳았고, 이는 디바이스 성능·수율·확장성을 제한하는 요인이 됐다. 새 시스템은 정교한 공정 제어와 첨단 가스 공급 기술로 전체 적층 구조에 걸쳐 균일한 워드라인 분리를 가능하게 한다. 셀 간 편차를 줄여 누설 전류를 낮추고 데이터 보존성을 개선하는 효과도 확인됐다. 이미 대량 양산(HVM) 환경에서 검증을 마쳤으며, 낸드와 D램, 파운드리-로직 전반에 걸쳐 선택적 금속 식각의 새로운 기준을 제시한다.
프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 제품 그룹(SPG) 사장은 "AI 컴퓨팅의 한계를 확장해 나가는 과정에서 가장 큰 혁신의 기회는 재료 공학에 있다"며 "트랜지스터 구조부터 메모리 스택에 이르기까지 어플라이드의 최신 증착 및 선택적 식각 시스템은 고객이 핵심적인 스케일링 과제를 극복하고 차세대 혁신을 가속화할 차별화된 역량을 제공한다"고 밝혔다.
헬로티 김재황 기자 |
