글로벌 반도체 장비 기업 어플라이드 머티어리얼즈가 2nm(나노미터, 10억분의 1m) 이하 공정 및 옹스트롬(Angstrom) 노드 시대의 핵심 난제인 '전기 저항'을 해결할 '몰리브덴 ALD' 기술을 전면에 내세웠다.
어플라이드 머티어리얼즈는 12일 서울 조선 팰리스 호텔에서 기자 간담회를 열고, 차세대 GAA(게이트올어라운드) 트랜지스터 및 배선 구조의 에너지 효율을 극대화하는 신규 시스템들을 대거 공개했다.
"텅스텐은 이제 한계"…몰리브덴으로 저항 15% 이상 낮춰
이날 발표의 핵심은 트랜지스터와 구리 배선을 연결하는 미세 금속 콘택트의 재료를 기존 텅스텐에서 몰리브덴으로 전환하는 '센트리스 스펙트럴 몰리브덴 ALD' 시스템이었다.
반도체 공정이 2나노 이하로 미세화되면서, 칩 내부의 수 많은 트랜지스터와 이를 잇는 배선 사이의 콘택트 부위는 점점 얇아지고 있다. 이 과정에서 기존에 사용되던 텅스텐 재료는 나노 크기에서 전기 저항이 급격히 증가해, 칩 전체의 성능 발휘를 방해하고 전력 소모를 늘리는 고질적인 병목 현상을 일으켜 왔다.
어플라이드가 선보인 몰리브덴 ALD 기술은 이 문제를 정면으로 돌파한다. 몰리브덴은 텅스텐보다 얇은 두께에서도 전자 전도 효율이 뛰어나 저항을 대폭 낮출 수 있는 차세대 소재다.
마이클 추지크 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 기술 총괄 부사장은 "센트리스 스펙트럴 시스템은 단결정 몰리브덴을 선택적으로 증착해, 어플라이드의 기존 선택적 텅스텐 기술 대비 핵심 콘택트 저항을 약 15% 개선한다"며 "이는 옹스트롬 노드에서 더 빠르고 효율적인 AI 칩을 구현하는 데 결정적인 역할을 할 것"이라고 강조했다.
14A 로직 공정 이미 도입…메모리 분야로도 확산
몰리브덴은 소재 특성상 고체 전구체를 기화하고 제어하는 공정이 매우 까다롭지만, 어플라이드는 25년 이상 축적된 ALD(원자층 증착) 기술력을 바탕으로 이를 상용화 수준까지 끌어올렸다.
추지크 부사장은 상용화 시점에 대한 질문에 "이미 14A 로직 노드 공정에 도입되어 구현 중"이라고 밝혔다. 14A는 인텔에서 부르는 반도체 공정 명칭으로, 1.4나노 수준의 초미세 공정이다.
이 기술의 파급력은 로직 칩에만 국한되지 않는다. 3D 낸드플래시의 적층 구조가 고도화됨에 따라 발생하는 저항 이슈와 D램의 저전력 게이트 구현 등 메모리 반도체 분야에서도 몰리브덴으로의 재료 전환이 가속화될 전망이다.
옹스트롬 시대를 위한 '트리플 혁신'
이날 어플라이드는 몰리브덴 ALD 외에도 2나노 이하 공정 최적화를 위한 두 가지 핵심 툴을 함께 소개했다.
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먼저 '비바(VIVA) 초순수 라디칼 처리 시스템'은 GAA 트랜지스터의 실리콘 나노시트 표면을 원자 수준에서 매끄럽게 다듬어 성능과 수율을 높여준다. 또한 '심3 Z 매그넘(Sym3™ Z Magnum™) 식각 시스템'은 옹스트롬 수준의 정밀도로 3D 트렌치 프로파일을 제어해 로직은 물론 HBM(고대역폭메모리) 생산 공정에도 혁신을 가져올 것으로 평가받는다.
어플라이드 머티어리얼즈 관계자는 "전 세계 데이터 센터의 전력 소모량이 급증하는 상황에서 반도체 업계는 15년 전보다 1만 배 이상의 에너지 효율 개선을 이뤄내야 한다"며 "재료 공학 차원의 이번 혁신 기술들이 AI 시대를 지탱하는 지속 가능한 반도체 생태계의 밑거름이 될 것"이라고 말했다.
