[녹색경제신문 = 정창현 기자] 어플라이드 머티어리얼즈(AMAT)가 차세대 AI 반도체 생산에 필요한 초미세 공정 대응 장비를 공개하며 ‘옹스트롬(Å) 시대’ 대응에 나섰다. 원자 단위로 소재를 정밀하게 쌓는 이번 기술은 트랜지스터 성능을 높이면서도 전력 소모를 줄일 수 있어, 급증하는 AI 연산 수요에 대응할 핵심 공정으로 주목된다.
어플라이드 머티어리얼즈(이하 어플라이드)는 14일(현지시간) 원자 단위 수준에서 소재를 정밀하게 쌓을 수 있는 두 가지 증착 시스템을 발표했다고 밝혔다. 이번 장비는 2나노 이하 공정에서 적용되는 차세대 트랜지스터 구조인 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터 구현을 겨냥한다.
최근 AI 연산 수요가 급증하면서 반도체 업계는 더 많은 트랜지스터를 더 작은 공간에 넣으면서도 전력 소모를 줄여야 하는 과제에 직면해 있다. 이에 따라 기존 평면 구조보다 성능과 효율이 높은 GAA 구조가 도입되고 있지만, 구조가 복잡해지면서 제조 난이도도 크게 높아진 상황이다.
GAA 트랜지스터는 머리카락 굵기의 수만분의 1 수준 간격에 여러 층을 쌓아야 하는 3차원 구조로, 작은 오차만 있어도 성능과 전력 효율이 크게 떨어질 수 있다. 이 때문에 원자 단위 정밀 제어가 가능한 새로운 증착 기술이 핵심 경쟁력으로 떠오르고 있다.
특히 이번 기술이 겨냥하는 ‘옹스트롬(Å) 시대’는 반도체 미세화 경쟁이 나노미터(nm)를 넘어 원자 수준으로 진입한 단계를 의미한다. 옹스트롬은 0.1나노미터로 원자 간 거리 수준의 단위다. 2나노 이하 공정에서는 실제 공정 제어가 이같은 원자 단위 정밀도를 요구하게 된다.
Trillium ALD 및 Precision 선택적 질화막 시스템의 GAA 트랜지스터 적용 [이미지=어플라이드 머티어리얼즈]
이번에 공개된 장비는 크게 두 가지다. 먼저 ‘프로듀서 프리시전(Producer Precision)’ 시스템은 트랜지스터 사이를 전기적으로 분리하는 절연 구조를 보호하는 역할을 한다. 쉽게 말해, 서로 다른 회로 간 ‘전기적 간섭’을 줄여주는 장치로, 이를 통해 칩의 속도를 높이고 불필요한 전력 낭비를 줄일 수 있다.
특히 이 장비는 필요한 부분에만 얇은 보호막을 선택적으로 형성해 기존 구조를 손상시키지 않는 것이 특징이다. 결과적으로 신호 간섭(기생 커패시턴스)을 줄여 동일 전력 대비 성능을 끌어올리는 효과가 기대된다.
또 다른 ‘엔듀라 트릴리움(Endura Trillium) ALD(원자층 증착)’ 시스템은 트랜지스터의 핵심 스위치 역할을 하는 금속 구조를 형성하는 장비다. 매우 좁은 공간에 금속을 균일하게 입히는 기술로, 트랜지스터의 속도와 전력 소비를 결정하는 중요한 공정이다.
쉽게 말하면, 트랜지스터가 켜지고 꺼지는 ‘스위치 성능’을 정밀하게 조정할 수 있게 해주는 장비다. 이를 통해 고성능 AI 연산용 칩부터 저전력 모바일 칩까지 다양한 용도에 맞는 설계가 가능해진다.
이번 장비들은 이미 주요 파운드리 및 로직 반도체 업체들이 2나노 이하 공정에 적용하고 있는 것으로 알려졌다.
업계에서는 이번 기술이 단순한 장비 업그레이드를 넘어, 반도체 경쟁의 축이 ‘미세화’에서 ‘소재·공정 혁신’으로 이동하고 있음을 보여주는 사례로 보고 있다. 실제로 초미세 공정에서는 회로를 더 작게 그리는 것보다, 원자 단위로 소재를 얼마나 정밀하게 다루느냐가 성능을 좌우하는 핵심 요소로 부상하고 있다.
프라부 라자 어플라이드 반도체 제품 그룹 사장은 “옹스트롬급 첨단 로직 노드에서 성능과 전력 효율은 이제 소재 혁신에 의해 결정된다”며 “새로운 증착 시스템은 어플라이드의 독보적인 재료 공학 분야 리더십을 바탕으로 고객이 AI 컴퓨팅 로드맵의 근간이 되는 핵심 트랜지스터 기술 전환을 실현하도록 지원한다”고 설명했다.
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