IBM, 3D 적층 기술로 300mm 실리콘 웨이퍼 공정 구현

IBM은 글로벌 반도체 장비 기업 도쿄일렉트론(TEL)과 함께 300mm 실리콘 웨이퍼에 3D 적층 기술을 적용할 수 있는 공정을 세계 최초로 개발했다고 1일 밝혔다.

IBM은 칩 적층 방식으로 제조 방식을 간소화할 수 있을 것으로 기대한다. 칩 적층 방식은 현재 고대역폭 메모리 생산과 같은 하이엔드 오퍼레이션에만 적용되고 있지만 특정 부피에 포함될 수 있는 트랜지스터의 수를 늘리는데 도움을 주기 때문에 잠재성 큰 기술이다.

칩 적층 방식을 위해 실리콘 레이어 간의 수직적 연결이 필요하다. 실리콘 웨이퍼의 후면을 얇게 만들 수 있어야 하는데, 이러한 칩 스택을 구성하는 레이어는 보통 머리카락 굵기 정도인 100 마이크론으로 그만큼 깨지기 쉽다. 이 때문에 실리콘 웨이퍼를 보통 유리로 만든 캐리어 웨이퍼에 일시적으로 부착해 생산 공정을 통과하게 하고 웨이퍼 완성 후 자외선 레이저를 이용해 두 웨이퍼를 분리한다. 분리하는 과정에서 물리적인 힘이 가해지기 때문에 결함이나 수율 손실이 발생하기도 한다.

이에 IBM은 TEL과의 협업을 통해 유리로 만든 캐리어 웨이퍼 대신 기본적인 실리콘 웨이퍼를 캐리어 웨이퍼로 사용하고 이후 웨이퍼 분리 과정을 적외선 레이저를 이용할 수 있는 새로운 공정을 개발했다. 300mm 크기의 실리콘 웨이퍼로는 세계 최초로 해당 공정을 구현한 것이다.

더 이상 유리가 필요 없기 때문에 공정이 간소화되고, 웨이퍼 부착 과정에서 발생할 수 있는 도구의 호환성 문제는 물론 결함 등이 감소된다. 얇아진 웨이퍼의 인라인 테스트도 가능하게 된다.

양사는 2018년부터 해당 기술에 대한 연구 개발을 진행해오고 있다. 이번 성공을 기반으로 3D 칩 적층 방식이 전체 반도체 제조 공정에도 적용될 수 있도록 베타 시스템을 통한 시뮬레이션을 할 예정이다.

한편, IBM은 반도체 칩 분야에서 혁신을 지속하고 있다. 작년 5월 세계 최초로 2 나노미터(nm) 나노시트 기술로 개발된 칩을 선보였다. 하이브리드 클라우드, AI, 사물인터넷 시대에 계속해서 증가하는 칩 성능과 에너지 효율 증대에 대한 요구를 해결할 수 있을 것으로 기대된다.