어플라이드 엔듀라 트릴리움.(자료=어플라이드머티어리얼즈)
어플라이드머티어리얼즈가 2나노(nm) 이하 게이트올어라운드(GAA) 반도체 생산공정용 플라스마강화화학기상증착(PECVD) 장비와 원자층증착(ALD) 장비를 14일 발표했다.
해당 장비는 어플라이드 프로듀서 프리시전과 엔듀라 트릴리움이다. 두 장비 모두 주요 로직 칩 제조사들의 생산공정에 이미 도입됐다. 우선 프로듀서 프리시전은 선택적 질화막 PECVD 시스템이다. 선택적 바텀업 증착 공정으로 트렌치 내 원하는 지점 밀도 높은 실리콘 질화막(SiN)을 형성할 수 있다. 트렌치 내부 절연 소재를 보호하는 역할이다.
트렌치는 칩 내부 트랜지스터 등 소자들이 상호 간섭하지 않도록 전기적으로 분리하는 구멍이다. 첨단 트랜지스터 구조에서는 '얕은 트랜치 절연(STI)' 방식이 주로 사용된다. 트랜지스터 사이 표면에 트렌치를 식각한 후 실리콘 산화물 같은 유전체 소재로 채워 전하를 가두는 형태다. 유전체는 전류가 흐르지 않는다. 원치 않는 누설을 방지할 수 있다.
프로듀서 프리시전은 저온 공정으로 수행된다. 그 덕분에 로직 칩의 하부 트랜지스터 구조나 막질에 열손상을 주지 않는다. 절연 트렌치의 본래 형상과 높이를 보존해 전기 특성을 일관되게 유지할 수 있다. 기생 커패시턴스도 감소시킨다. 반도체 회로 내부에 인접한 도체 간 불필요한 정전 용량(커패시턴스)이 발생하지 않아 누설이 줄어든다. 칩의 와트당 성능은 향상된다.
본래 절연 트렌치는 양산 과정 중 손상되기 쉽다. 트렌치 형성 후 칩이 식각과 세정 등 추가 공정을 거치면서 절연 소재가 점차 깎이는 것이다. 리세스 현상이라고 부른다. 이 때 전체 칩 성능에 부정적 영향을 미친다.
엔듀라 트릴리움 ALD 시스템은 GAA 트랜지스터 게이트 스택을 정밀하게 증착하는 장비다. GAA 트랜지스터는 전기가 흐르는 나노시트를 게이트가 4면 모두 감싸는 구조다. 게이트는 트랜지스터의 전기 흐름을 허용하거나 차단하는 역할이다. 여러 층의 금속막으로 만들어진다. 해당 금속 층을 쌓는 방법에 따라 트랜지스터가 켜지는 임계 전압이 달라진다. 메탈 게이트 스택 최적화로 트랜지스터의 온, 오프를 빠르게 하거나 비교적 낮은 전력으로 동작하게 만들 수 있다.
엔듀라 트릴리움에는 어플라이드가 쌓아온 금속(메탈) ALD 기술력이 적용됐다. 여러 금속 증착 단계를 단일 플랫폼에 통합해 메탈 게이트 스택 최적화를 지원한다. 10분의 1나노인 옹스트롬 수준으로 메탈 게이트 스택의 두께 제어가 가능하다. 10나노(nm) 크기의 나노시트 사이 마다 균일하고 온전하게 금속 게이트 스택을 증착할 수 있다는 뜻이다. 이 덕분에 트랜지스터 스위칭 특성 변동이나 칩 성능, 전력 소모 증가, 신뢰성과 수율 저하를 방지한다.
어플라이드의 기존 엔듀라 플랫폼 기반으로 초고진공 생성과 유지 기능도 지녔다. 진공 환경은 나노시트 사이 극미세 공간에 여러 소재를 증착할 때 클린룸 대기 속 불순물로부터 웨이퍼도 보호한다.
프라부 라자 어플라이드 반도체제품그룹(SPG) 사장은 "옹스트롬급 첨단 로직 제조 공정에서는 소재 혁신으로 성능과 전력 효율이 결정된다"며 "새 증착 시스템은 어플라이드의 재료 공학 분야 기술력으로 고객사의 핵심 트랜지스터 기술 전환을 지원한다"고 밝혔다.
GAA 공정 기반 반도체는 동일 전력에서 더 높은 성능을 구현할 수 있다. 단 공정 복잡도는 전세대 대비 크게 증가한다. GAA 트랜지스터 내부 3D 구조 형성에는 500개 이상의 공정 단계가 필요하다. 해당 단계 대부분 원자에 근접한 수준으로 소재를 제어, 증착해야 한다.
댓글
0