어플라이드머티 "2나노 공정 반도체 성능 저하 해결"

차세대 구리 배선 기술 선보여
삼성전자·TSMC 공정에 적용
칩 성능과 전력 소비도 개선

세계 3대 반도체 장비업체 어플라이드머티어리얼즈(AMAT)가 2나노미터(㎚·1㎚는 10억분의 1m) 이하 공정으로 제조하는 반도체의 성능·내구성 저하 문제를 해결할 수 있는 차세대 구리 배선 기술을 선보였다. 이 기술은 삼성전자와 TSMC의 최선단 파운드리 공정에 적용돼 최첨단 칩을 만드는 데 활용된다.

어플라이드머티어리얼즈는 14일 서울 역삼동 세바시X데마코홀에서 기자간담회를 열고 2나노 이하로 구리 배선 스케일링(scaling·미세 공정)을 가능하게 하는 ‘엔듀라 쿠퍼 배리어 씨드 통합재료솔루션(IMS)’을 공개했다. 이 솔루션은 반도체 증착(웨이퍼에 초박막을 입히는 과정) 공정에 적용된다.

신기술은 초미세공정으로 회로 선폭이 줄어들면서 칩이 물리적으로 약해지는 문제를 방지하기 위해 개발됐다. 연산을 담당하는 로직칩에는 96㎞ 길이의 미세한 구리가 촘촘한 배선으로 연결돼 있다. 이은기 AMAT 박막기술 총괄은 “구리 배선 폭이 좁아지면 전기 저항이 가파르게 커져 칩 성능이 저하되고 전력 소비량이 증가한다”고 설명했다.

어플라이드머티어리얼즈는 네덜란드 ASML, 미국 램러시치와 함께 세계 3대 반도체 장비 기업으로 꼽힌다. 웨이퍼에 얇은 막을 입히는 증착 장비와 회로만 남기고 다른 건 깎아내는 식각 장비 등을 생산한다. 한국 법인은 삼성전자와 SK하이닉스에 납품한 장비를 유지·보수하기 위해 2100여 명을 고용하고 있다.

어플라이드머티어리얼즈는 미세공정 효율을 높이기 위해 상용 촉매 소재 중 성능이 가장 뛰어난 루테늄을 활용했다. 이를 통해 최종 증착 공정 중 접착력을 보장하는 라이너(liner)의 두께를 최대 33%인 2나노까지 축소했다. 전기 배선 저항을 최대 25% 낮춰 칩 성능과 전력 소비도 개선했다.

신규 솔루션은 3나노 공정 라인에 먼저 출하가 시작됐다. TSMC는 AMD의 인공지능(AI) 가속기와 애플과 퀄컴의 애플리케이션프로세서(AP)를 양산하고 있다. 삼성전자도 엑시노스 시리즈 제조에 어플라이드머티어리얼즈 솔루션을 사용하고 있다. 두 기업 모두 내년 2나노 공정 양산을 개시할 방침이다.

프라부 라자 어플라이드머티어리얼즈 반도체 제품그룹 사장은 “AI 시대에는 에너지 효율이 더욱 높은 컴퓨팅이 요구되고, 성능과 전력 소비에서 칩 배선과 적층이 매우 중요하다”며 “최신 통합 재료 솔루션은 반도체업계가 저저항 구리 배선을 옹스트롬(Å·100억분의 1m) 단계로 스케일링할 수 있게 한다”고 강조했다.

박의명 기자 uimyung@hankyung.com