[디지털데일리 고성현기자] 어플라이드 머티어리얼즈가 반도체 2㎚급 게이트올어라운드(GAA) 공정을 위한 차세대 혁신 장비 3종을 내놨다. 특히 차세대 금속 배선 소재로 주목받는 몰리브덴 증착 장비도 소개하며 관련 경쟁력을 강조했다.

어플라이드 머티어리얼즈는 12일 서울 강남구 조선팰리스 강남에서 기자간담회를 열고 원자층증착 장비 '센트리스 스펙트럴 ALD(Centris Spectral ALD system)', 식각 장비 '심3Z 매그넘 식각(Sys3 Z Magnum etch system)', 표면 평탄화 장비 '프로듀서 비바 라디칼 처리(Producer Viva radical treatment system) 3종을 공개했다.

어플라이드 머티어리얼즈는 미국에 본사를 둔 글로벌 반도체 장비 제조사다. 오랜 업력을 바탕으로 메모리, 파운드리에 이르는 첨단 반도체 장비를 시스템 단위로 공급 중이다. 이날 행사에는 박광선 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 대표 등 지사 관계자와 케빈 모리스 반도체 제품 마케팅 부사장, 마이클 추지크 반도체 기술 부사장 등 본사 관계자가 참석했다.

마이클 추지크 반도체 기술 부사장은 "현재 우리는 변혁적인 인공지능(AI) 혁신 한 가운데 있지만 초기 단계에 불과하다"며 "이러한 AI 활용을 가능케 하려면 많은 데이터센터가 새로 설치되고, 전세계 에너지 10%에 달할 전망인 데이터센터 전력을 효율화하는 반도체 칩을 제조해야 한다"고 운을 뗐다.

그러면서 "반도체 업계에서는 (높은 성능 구현을 위해 )평면형(Plana) 트랜지스터를 시작으로 핀펫(FinFET), 이어 3D 기반의 게이트올어라운드(GAA) 2㎚까지 구조가 발전해왔다"며 "핀펫에서 GAA로 변화하려면 더 높은 성능과 에너지효율을 위해 실리콘 전체를 더 넓게 게이트를 감싸야한다. 이 단계에서 필요한 것이 공개한 3종의 장비"라고 강조했다.

마이클 부사장이 먼저 소개한 프로듀서 비바 라디칼 처리는 특허 기술인 초순수 라디컬 종(Species)을 생성하는 기술을 활용, 전하가 이동하는 트랜지스터 표면을 평탄화하는 장비다. 라디칼과 이온(Ion)을 생성한 후 필터를 걸쳐 라디칼 외 원치 않는 이온을 제거 한 뒤, 웨이퍼에 이를 균등하게 분사하는 형태를 거친다.

마이클 부사장은 "나노시트(Nanosheet) 형태 3D 실리콘 채널을 구현하려면 표면이 평평하고 불순물이 없어야 한다. 또 적층된 형태를 고려해 트랜지스터 구조 아래와 측면도 잘 처리해야 한다"며 "어플라이드가 출시한 이 시스템은 원자, 옹스트롬(A) 수준의 제어로 표면을 평탄화할 수 있다"고 했다.

심3Z 매그넘 식각시스템은 GAA의 수직 트랜지스터 구조 형성을 위한 식각 장비다. 마이크로초 단위 이온을 제어하는 2세대 펄스 전압 기술(PVT2)을 도입해 수직 식각 깊이를 높이고 균일도를 향상해 고종횡비 구조를 안정화했다.

두 장비는 현재 2나노 이하 GAA 공정 노드에 적용되고 있다. 어플라이드는 비바 라디칼 처리 시스템이 차세대 배선 기술인 후면전력공급(BSPDN)이나 CMOS이미지센서(CIS)에서도 활용될 것으로 봤다. 또 심3Z 매그넘 식각 시스템은 높은 고종횡비 균일도를 요하는 4F스퀘어 기반 수직 D램(3D DRAM) 등에도 활용할 수 있다고 강조했다.

마지막으로 소개한 원자층 증착(ALD) 시스템인 '센트리스 스펙트럴 ALD'는 전기적 연결에 필요한 금속 배선을 아래로부터 채워가는 역할을 한다. 금속 배선 첫 단추인 콘택트(Contact)를 차세대 소재인 몰리브덴(Mo)으로 증착하는 구조다. 몰리브덴은 얇아질 수록 저항이 높아지는 구리나 텅스텐을 대체해 전자 전도 효율을 높이는 소재로 꼽힌다.

마이클 부사장은 "AI의 비약적인 발전으로 강력한 컴퓨팅 수요가 증가하면서 더 많은 칩보다 더 빠르고 전력효율성이 높은 칩이 요구된다"며 "핵심 과제는 수 km에 이르는 구리 연결과 수십억개 트랜지스터 사이에서 발생하는 전기 저항을 줄이는 것"이라고 말했다.

그는 "전기 저항이 칩 성능을 제한하는 주요 원인이 되는 만큼, (저항이 낮은) 몰리브덴으로 더 얇은 두께에서도 효율적인 전자 흐름을 유지할 수 있는 게 중요하다"고 덧붙였다.

이어 추지크 부사장은 "이 시스템은 어플라이드가 25년간 보여온 리더십의 결정체"라며 "선택적인 몰리브덴 충진으로 라이너(Liner) 없는 콘택트 홀 형성이 가능하며, 저항도 저감할 수 있다"고 강조했다.

또 어플라이드는 현재 이 시스템을 2나노 이하 GAA 공정 파운드리에 도입해 관련 개발을 돕고 있다. 대표적으로 인텔이 준비 중인 1.4나노 공정 '14A'를 꼽기도 했다. 이와 함께 3D 구조가 일찌감치 정착한 낸드플래시와 3D D램 등에서도 몰리브덴 증착 기반 활용도가 늘어날 것으로 봤다.

낸드 시장 참여에 대해서는 "이번 몰리브덴 ALD 시스템은 로직 반도체 내 콘택트의 전기 저항을 줄이기 위한 솔루션"이라며 "낸드용 몰리브덴 ALD 시스템은 별도로 준비하고 있다"고 첨언했다.

이날 어플라이드는 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 메모리·파운드리 기업이 있는 한국 시장의 중요성도 강조했다. 첨단 반도체 제조사들이 대규모 생산 역량을 갖추고 있어 관련 우선순위가 매우 높다는 뜻이다.

박광선 어플라이드 머티어리얼즈 코리아 대표는 "한국은 중요하고 전략적인 고객이 위치한 곳이다. 첨단 로직이나 HBM 패키지 등 전 기술을 아우르는 선도 기업이 한국에 있다"며 "올 하반기 미국 실리콘밸리에 조성되는 에픽(EPIC) 센터에서 삼성과 협력할 준비를 하고 있고, 다양한 소재 기업이나 대학과의 협력도 강화하고 있다"고 전했다.

박 대표는 "이와 함께 현지에서 지근거리고 지원을 강화하기 위해 코리아 콜라보레이션 센터도 작년 연말부터 기반 공사를 진행하는 중"이라며 "이러한 전략을 토대로 인재 파이프라인을 구축하고 한국에 대한 다향한 인프라 구조를 확충해나갈 계획"이라고 밝혔다.