어플라이드, 2나노 공정 혁신...라이너에 루테늄 첫 도입

“2나노 한계 극복한다”… 삼성∙TSMC 등 채택

2024-10-14 이선행 기자

[사진=AMAT]

미국의 반도체 장비기업 어플라이드 머티리얼즈(AMAT)가 업계 최초로 라이너(liner) 형성에 루테늄(Ru)을 도입했다. 2나노 공정의 한계를 극복하기 위해 차세대 구리 배선 기술을 개발했다. 코발트(Co)와 함께 조합해 사용하는 이 소재는 AMAT의 ‘블랙 다이아몬드’ 제품군 중 가장 최신 모델이다. AMAT코리아는 14일 세바시X데마코홀(서울 강남구)에서 기자간담회를 열고 차세대 혁신 기술을 소개했다. 이은기 AMAT 코리아 박막 기술 총괄(전무)은 “루테늄은 학계에서만 논의되어 온 차세대 소재로 양산은 이번이 처음”이라고 강조했다. 블랙 다이아몬드 제품군의 주된 성분은 실리콘과 탄소를 모두 포함한 'SiCOH'이다. 이날 공개한 신제품 역시 주된 성분은 SiCOH로 같지만 각 원소의 비율이 다르다. 이 전무는 “탄소(C)와 산소(O)의 배합을 달리하는 등 유전율(k)을 줄이기 위해 블랙 다이아몬드 제품군의 혁신을 지속 중”이라고 말했다. 유전율은 전기를 끌어모으는 비율을 말한다. 유전율이 낮아지면 구리 배선 사이의 전기적 간섭과 전력 소모가 줄어든다. 라이너는 구리 배선 사이의 전류 확산을 막는 얇은 막이다. 최신 버전의 블랙 다이아몬드 제품 사용하면 라이너의 두께를 2㎚(나노미터)까지 줄일 수 있다. 기존 대비 최대 33% 줄어드는 것이다. 라이너가 줄면 구리 배선을 더 넣을 수 있어, 전력 소모는 25%까지 줄일 수 있다. 나노미터는 반도체 안에 들어있는 트랜지스터 회로의 선폭 단위다. 작고 고도화되는 최근 반도체의 추세에 따라 회로 또한 더욱 미세해지고 있다. 회로가 좁을수록 전력 소모는 줄어들고 정보의 처리 속도는 빨라진다.

[사진=AMAT]

신제품을 사용하기 위한 장비도 개발했다. 장비명은 ‘엔듀라 쿠퍼 배리어 씨드 IMS(Endura Copper Barrier Seed Integrated Materials Solutions)’이다. 원자층 증착공정(ALD), 화학적 증착공정(CVD), 물리적 증착공정(PVD), 표면 처리, 열처리 등 6가지 기술을 하나의 고진공 시스템에 조합했다. 프라부 라자 AMAT 반도체 제품그룹 사장은 “인공지능(AI) 시대에는 에너지 효율이 높은 컴퓨팅이 요구된다. 배선과 적층이 매우 중요하다”며 “최신 제품은 반도체 업계가 저저항 구리 배선을 옹스트롬(Anogstrom∙0.1㎚) 노드로 미세 공정(스케일링)할 수 있도록 도울 것”이라고 말했다. 엔듀라 쿠퍼 배리어 씨드 IMS는 3나노로 출하를 시작했다. 삼성전자와 TSMC의 글로벌 반도체 제조 기업들이 고객이다. 김선정 삼성전자 파운드리 개발팀 상무는 “최근 칩의 추세로 전기적 저항, 정전용량, 신뢰성 등의 과제를 해결해야 한다”며 “삼성은 이러한 문제를 해결하기 위해 가장 최신의 기술을 채택하고 있다”고 말했다. 미위제 TSMC 수석 부사장 겸 공동 최고운영책임자(COO)는 “반도체 업계는 AI 컴퓨팅을 위해 에너지 효율을 계속 개선해야 한다”며 “칩의 내부에서 전기적 저항을 낮추는 신소재는 반도체 산업에서 중요한 역할을 할 것”이라고 말했다.