[녹색경제신문 = 정창현 기자] 글로벌 반도체·디스플레이 장비 기업인  어플라이드 머티어리얼즈⁠(AMAT)가 인공지능(AI) 반도체 시대에 대응하기 위한 차세대 증착·식각 장비를 공개했다. 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터와 고적층 3D 낸드플래시 등 첨단 반도체 구조가 빠르게 확산되면서 공정 균일성과 수율 확보가 핵심 과제로 떠오른 데 따른 대응이다.

어플라이드 머티어리얼즈(이하 어플라이드)는 16일 ‘센트리스 스펙트럴 SiN 원자층증착(ALD) 시스템’과 ‘프로듀서 셀렉트라 몰리브덴 식각 시스템’을 공개했다고 밝혔다. 두 장비는 반도체 내부 구조가 더욱 깊고 좁아지는 고종횡비 환경에서 재료를 정밀하게 증착하고 제거하는 데 초점을 맞췄다.

최근 반도체 업계에서는 AI 연산 수요가 폭증하면서 기존 핀펫(FinFET) 기반 공정에서 GAA 구조로 전환이 가속화되고 있다. GAA는 트랜지스터 채널을 사방에서 감싸 전력 효율과 성능을 높일 수 있지만, 구조가 복잡해질수록 원자 단위 수준의 정밀한 재료 제어가 필수적이다. 최근 선단 공정 경쟁이 노광장비(EUV)뿐 아니라 증착·식각 기술로 확대되는 배경이다.

어플라이드는 이번에 공개한 센트리스 스펙트럴 SiN ALD 시스템을 통해 실리콘 질화막(SiN)을 깊고 좁은 구조 내부까지 균일하게 증착할 수 있다고 설명했다. 기존 플라즈마 기반 증착 방식은 구조 하부로 갈수록 막 두께가 불균일해지는 문제가 있었지만, 고밀도 마이크로파 플라즈마 기술을 적용해 이를 균일하게 개선했다는 것이다.

특히 GAA 트랜지스터의 콘택트 형성 과정에서 고품질 라이너를 구현해 저항과 기생 정전용량을 낮추고, 결과적으로 전력 효율과 동작 속도를 높일 수 있다고 회사는 설명했다.

이번 장비는 어플라이드가 새롭게 선보인 ‘Spectral ALD 플랫폼’ 기반으로 개발됐다. 첨단 쿼드 반응기 구조와 정밀 화학물질 공급 기술을 적용했으며, 시분할 및 공간 분할 ALD 공정을 모두 지원한다. 회사 측은 현재 주요 글로벌 반도체 제조사들이 해당 장비를 도입하고 있다고 밝혔다.

식각 분야에서는 프로듀서 셀렉트라 몰리브덴 식각 시스템을 공개했다. 최근 3D 낸드 적층 수가 300단을 넘어 400단 이상으로 확대되면서 기존 습식 식각 방식만으로는 균일한 워드라인 분리가 어려워지고 있다. 액상 화학물질이 깊은 구조 하단까지 충분히 도달하지 못해 상부만 과도하게 식각되는 ‘탑 헤비(Top-heavy)’ 현상이 발생하기 때문이다.

새 장비는 몰리브덴 워드라인 공정에 최적화된 선택식 식각 기술을 적용해 적층 구조 전체에서 균일한 금속 제거가 가능하도록 설계됐다. 이를 통해 셀 간 편차를 줄이고 누설전류 감소와 데이터 보존성 향상 효과를 기대할 수 있다.

선택식 식각은 어플라이드가 수년간 집중 투자해온 분야다. 회사는 지난 2016년 Selectra 플랫폼을 처음 공개한 이후 로직·D램·낸드 분야에서 원자 수준의 선택적 재료 제거 기술을 발전시켜 왔다. 기존 Selectra 장비는 이미 주요 메모리·파운드리 업체 생산라인에서 활용되고 있으며, 이번 신제품은 적용 범위를 첨단 금속 공정으로 확장한 사례로 평가된다.

업계에서는 AI 서버용 고대역폭메모리(HBM), 차세대 GAA 로직칩, 초고적층 3D 낸드 수요가 증가할수록 증착과 식각 기술의 중요성이 더욱 커질 것으로 보고 있다. 실제로 어플라이드는 최근 실적 발표에서 AI 관련 파운드리·로직, D램, 첨단 패키징 분야가 올해 반도체 장비 시장 성장의 대부분을 차지할 것으로 전망했다.

프라부 라자 어플라이드 반도체 제품 그룹(SPG) 사장은 “AI 컴퓨팅의 한계를 확장하는 과정에서 가장 큰 혁신 기회는 재료 공학에 있다”며 “최신 증착 및 선택적 식각 시스템을 통해 고객들이 로직과 메모리 분야의 핵심 스케일링 과제를 해결할 수 있도록 지원할 것”이라고 말했다.