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▲ 3D 칩 스케일링 위한 증착 및 선택적 식각 시스템 2종: Centris Spectral(센트리스 스펙트럴) SiN 원자층증착(ALD) 시스템과 Producer Selectra(프로듀서 셀렉트라) 몰리브덴 식각 시스템

전 세계 첨단 반도체 및 디스플레이를 위한 재료 공학 솔루션 선도 기업 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)가 첨단 반도체 제조 과정에서 새롭게 떠오른 고종횡비 구조의 제약 문제를 해결하는 새로운 칩 제조 시스템 2종을 전격 발표했다. 이번에 공개된 제품은 센트리스 스펙트럴(Centris Spectral) 실리콘 질화막(SiN) 원자층증착(ALD) 시스템과 프로듀서 셀렉트라(Producer Selectra) 몰리브덴(Mo) 식각 시스템이다. 어플라이드는 두 시스템을 통해 로직과 메모리의 3D 스케일링을 확장함으로써 차세대 AI 칩에 필요한 높은 성능과 향상된 에너지 효율, 개선된 제조 수율을 동시에 달성할 수 있는 혁신적인 발판을 마련했다.

고종횡비 3D 구조의 물리적 한계와 공정 균일성 확보의 제약 요인

최근 AI 컴퓨팅의 급증으로 인해 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터 및 고적층 3D 낸드(NAND)를 비롯한 첨단 3D 디바이스 아키텍처로의 전환이 가속화되고 있다. 그러나 수직 구조에서 피처(feature)가 극도로 깊고 좁아질수록 기존의 플라즈마 증착 및 습식 식각 공정으로는 재료를 상부에서 하부까지 균일하게 제어하기 어렵다는 물리적 장벽에 부딪혔다. 특히 3D 낸드의 고적층 구조에서는 액상 화학물질이 구조 내부 끝까지 도달하지 못해 상부에만 식각이 집중되는 '탑헤비(Top-heavy)' 프로파일이 발생하며, 이는 전기적 성능 저하와 누설 전류 발생, 궁극적으로 제조 수율을 떨어뜨리는 치명적인 제약 요인으로 부각되는 추세다.

고밀도 마이크로파 플라즈마 및 건식 가스 제어를 구현하는 기술적 특징

센트리스 스펙트럴 SiN ALD 시스템은 혁신적인 고밀도 마이크로파 플라즈마 기술을 도입하여 플라즈마 밀도 향상과 이온 유발 손상 간의 상충 관계를 극복하고 저온에서 치밀하고 균일한 SiN 박막을 형성한다. 최첨단 쿼드 반응기(Quad reactor) 설계 기반의 스펙트럴 ALD 플랫폼을 통해 시분할 및 공간 분할 작동을 모두 지원하며, GAA 구조의 트랜지스터 콘택트 라이너 저항과 정전용량을 낮춘다. 식각 계층에서는 프로듀서 셀렉트라 몰리브덴 식각 시스템이 첨단 가스 공급 기술을 기반으로 기존 습식 식각을 대체하는 정밀 건식 식각을 구현한다. 이를 통해 깊은 구조 내부에서도 우수한 상하부 균일성을 확보하고 워드라인(Wordline) 간의 정밀한 분리를 완수한다. 프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 제품 그룹(SPG) 사장은 “AI 컴퓨팅의 한계를 확장해 나가는 과정에서 가장 큰 혁신의 기회는 재료 공학에 있다”며 “최신 증착 및 선택적 식각 시스템을 통해 고객이 핵심적인 스케일링 과제를 극복하고 로직·메모리 분야의 차세대 혁신을 가속화할 차별화된 역량을 제공한다”고 강조했다.

반도체 재료 공학의 공정 전환과 글로벌 양산 적합성의 미래 비전

어플라이드 머티어리얼즈는 이번 신규 시스템 2종을 통해 D램, 3D 낸드, 파운드리-로직을 아우르는 반도체 전 분야에서 선택적 금속 제거와 유전체 박막 증착의 새로운 기준을 정립했다. 프로듀서 셀렉트라 시스템은 3D 낸드 적층 구조 내 셀 간 편차를 줄여 누설 전류를 낮추고 데이터 보존성을 개선하며 대량 양산(HVM) 환경에서 이미 검증을 완료했다. 향후 어플라이드는 선도적인 글로벌 칩 제조사들과의 협력을 바탕으로 습식 공정에서 건식 공정으로의 전환을 주도하는 한편, 나노미터 단위의 정밀 제어 능력을 갖춘 재료 공학 거버넌스를 확립하여 글로벌 차세대 고성능 AI 반도체 시장의 독보적인 기술 리더십을 공고히 다져나갈 비전이다.