- 프리시전 PECVD, STI 무결성 유지로 기생 커패시턴스 감소

- 트릴리움 ALD, 나노시트 메탈 게이트 스택 정밀 형성 지원

- 선도 파운드리·로직 제조사 2나노 이하 GAA 공정 적용

 

어플라이드 머티어리얼즈가 옹스트롬(Å) 시대 로직 칩을 위한 신규 증착 시스템 2종을 발표했다. 원자 수준 정밀도로 금속과 절연 유전체 증착을 제어해 3D GAA 트랜지스터 구조에서 성능과 전력 효율 개선을 지원한다.

 

 

 

AI 컴퓨팅 확산으로 옹스트롬 공정 중요성 확대

AI 컴퓨팅 수요 증가로 반도체 산업은 프로세서 칩에 집적되는 수천억 개 트랜지스터에서 높은 성능과 전력 효율을 동시에 확보해야 하는 단계에 진입하고 있다. 2나노 이하 로직 공정에서는 기존 핀펫(FinFET) 구조 한계를 넘어서는 GAA 트랜지스터 도입이 확대되고 있다. GAA 구조는 동일 전력에서 더 높은 성능을 제공하지만 3차원 구조 형성을 위해 500개 이상의 공정 단계가 필요하며 개별 원자 수준 허용 오차 범위에서 소재를 정밀하고 반복 가능하게 제어·증착하는 방식이 요구된다.

 

선택적 질화막 PECVD 기반 STI 구조 안정성 유지

차세대 AI GPU는 우표 크기 면적에 3000억 개 이상의 트랜지스터를 집적할 것으로 예상된다. 적절한 절연이 확보되지 않으면 전자가 인접 트랜지스터로 확산 돼 기생 커패시턴스가 증가하고 신호 속도 저하와 전력 손실이 발생할 수 있다.

 

첨단 트랜지스터 아키텍처에서 STI는 인접 트랜지스터를 전기적으로 분리하는 핵심 구조다. 트렌치 식각 후 절연 유전체로 채워 전하 누설을 방지하지만 이후 공정 단계가 반복되면서 실리콘 산화물 절연 구조가 점진적으로 손상될 수 있으며 이는 전체 칩 성능에 영향을 줄 수 있다.

 

프로듀서 프리시전(Producer Precision) 선택적 질화막 PECVD시스템은 선택적 바텀업 증착 공정을 적용해 트렌치 내부 필요한 위치에만 실리콘 질화막을 형성한다. 실리콘 산화물 위에 치밀한 질화막층을 증착해 STI 구조의 높이와 형상을 유지하고 일관된 전기적 특성을 확보한다. 이 공정은 기생 커패시턴스를 감소시키고 누설을 낮춰 전체 소자 성능 개선에 기여한다.

 

트릴리움 ALD 기반 메탈 게이트 스택 정밀 증착

GAA 트랜지스터는 트랜지스터를 켜고 끄는 임계 전압을 결정하는 메탈 게이트 스택 구조에 의해 제어된다. 이 구조는 약 10나노미터 간격, 즉 사람 머리카락 두께의 약 1만분의 1 수준으로 배열된 수평 나노시트를 완전히 감싸야 한다. 게이트 스택 두께 편차나 간극이 발생하면 트랜지스터 스위칭 특성이 변동해 성능과 전력 소모, 신뢰성, 수율에 영향을 줄 수 있다.

 

 

엔듀라 트릴리움(Endura Trillium) ALD 시스템은 복잡한 메탈 게이트 스택 구조에 금속을 정밀하게 증착하기 위해 설계된 IMS(통합 재료 솔루션) 기반 장비다. 다수 금속 증착 단계를 단일 플랫폼에 통합해 트랜지스터 임계 전압을 정밀하게 튜닝할 수 있도록 지원한다. 이를 통해 AI 연산 요구에 맞춰 고성능 중심 또는 저전력 중심 트랜지스터 설계 선택 범위를 확장한다.

 

초고진공 환경 기반 원자층 증착 공정 구현

트릴리움 시스템은 엔듀라(Endura) 플랫폼 기반 초고진공 환경에서 금속 증착을 수행해 클린룸 공기 중 불순물로부터 웨이퍼를 보호한다. 실리콘 나노시트 사이 극미세 공간에 여러 금속층을 균일하게 형성해 트랜지스터 성능과 전력 효율, 신뢰성을 동시에 확보한다. 옹스트롬 수준 두께 제어를 통해 임계 전압 튜닝 유연성과 공정 정밀도를 지원한다.

 

2나노 이하 GAA 공정 적용 확대

선도적인 로직 칩 제조사들이 프리시전 PECVD와 트릴리움 ALD 시스템을 2나노 이하 GAA 공정 노드에 적용하고 있다. 두 시스템은 첨단 GAA 트랜지스터 구조 형성에 필요한 금속과 절연 유전체 증착 공정에 활용되고 있다.

 

어플라이드 머티어리얼즈 프라부 라자(Prabu Raja) 반도체 제품 그룹(SPG) 사장은 옹스트롬급 로직 노드에서는 소재 공학 기반 증착 기술이 트랜지스터 성능과 전력 효율을 좌우하는 핵심 요소라고 밝혔다.

 

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