어플라이드 머티어리얼즈가 차세대 AI 반도체 제조에 필수적인 신규 장비 2종을 공개한다.
14일 공개된 장비들은 우표 한 장 크기에 3000억개 이상의 트랜지스터(전기 신호를 조절하는 반도체 소자의 최소 단위)를 집적하는 2나노 이하 첨단 공정을 겨냥한다.
현재 삼성전자·TSMC 등 주요 반도체 제조사들이 채택 중인 'GAA(게이트올어라운드)' 방식 트랜지스터에 최적화됐다.
GAA는 기존 방식보다 같은 전력으로 더 빠른 성능을 내는 차세대 트랜지스터 구조다. 다만 구조가 워낙 복잡해 제조 과정에서 500단계 이상의 공정이 필요하고 각 단계에서 머리카락 굵기의 1만 분의 1 수준의 오차도 허용되지 않는다. 공개된 두 장비는 극한의 정밀도를 구현하기 위한 솔루션이다.
어플라이드 머티어리얼즈, Trillium ALD 및 Precision 선택적 질화막 시스템의 GAA 트랜지스터 적용. 사진=어플라이드 머티어리얼즈
첫 번째 장비 '프로듀서 프리시전 선택적 질화막 PECVD 시스템'은 트랜지스터 사이의 절연(분리) 구조를 보호하는 역할을 한다. 수천억개의 트랜지스터가 빽빽하게 모인 칩에서는 옆 트랜지스터로 전기 신호가 새어 나가는 문제가 발생할 수 있는데 이를 막기 위해 트랜지스터 사이에 미세한 홈(트렌치)을 파고 절연 물질을 채운다.
다만 이후 수백 단계의 추가 공정을 거치면서 해당 절연 물질이 조금씩 손상될 수 있다는 점이 업계의 고민이다. 해당 장비는 손상되기 쉬운 절연 물질 위에 보호막을 씌워 형태를 보존함으로써 불필요한 전력 소모와 신호 간섭을 줄인다.
Producer Precision 선택적 질화막 PECVD 시스템. 사진=어플라이드 머티어리얼즈
두 번째 장비 '엔듀라 트릴리움 ALD 시스템'은 트랜지스터의 '스위치' 역할을 하는 금속 게이트 구조를 원자 한 층씩 쌓아 올리는 장비다. 트랜지스터를 켜고 끄는 게이트 부분에 여러 종류의 금속을 극도로 균일하게 쌓아야 하는데, 조금이라도 불균일하면 칩 성능·전력 소모·신뢰성이 모두 떨어진다.
장비는 나노시트(머리카락 1만 분의 1 두께의 얇은 층) 사이 좁은 공간에도 균일하게 금속을 쌓을 수 있어, 설계자가 원하는 대로 트랜지스터의 속도나 전력 소비를 조절할 수 있게 해준다.
프라부 라자 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 제품 사장은 "반도체 칩의 성능과 전력 효율은 이제 소재 혁신에 의해 결정된다"며 "새로운 증착 시스템은 고객이 AI 컴퓨팅 로드맵의 근간이 되는 핵심 트랜지스터 기술 전환을 실현하도록 지원한다"고 말했다.
Endura Trillium ALD 시스템. 사진=어플라이드 머티어리얼즈
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