세계 1위 반도체 장비업체 어플라이드 머티어리얼즈(AMAT)가 독특한 식각 기술로 업계의 주목을 받고 있다. 최근 극자외선(EUV) 공정으로도 한계가 있었던 패터닝 작업을 자사의 독특한 솔루션으로 풀어냈다.

24일 업계에 따르면 AMAT은 최근 '측면 식각(lateral etch)'이라는 패터닝 기술을 발표했다. 말 그대로 일정한 패턴을 가지고 있는 반도체 회로의 양 옆쪽을 깎아내는 것이다.

D램 셀 구조. STI는 아랫단에 위치한다. <자료=AMAT>

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이 기술을 이해하려면 우선 D램의 '액티브 영역'을 먼저 알아야 한다. 액티브 영역은 반도체 안에서 트랜지스터와 커패시터가 놓이는 곳이다. 전기 신호를 조율하는 장치가 모인 가장 중요한 영역이다. 수억개 트랜지스터가 자리해야 하는 만큼, 이곳을 만드는 과정이 매우 까다롭기로 알려져 있다.

소자분리막(STI)과 트랜지스터 위치. <사진=SK하이닉스 뉴스룸>

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AMAT의 측면 식각 기술은 액티브 영역에서의 'STI(shallow Trench Isolation)' 제조에서 활용한다. 액티브 영역에서 트랜지스터와 커패시터를 만들기에 앞서 반도체 제조사들은 STI라는 것을 만든다. 마치 독서실에서 공부에 집중할 수 있는 환경을 위해 칸막이 책상을 비치하는 것처럼 트랜지스터끼리 전기 간섭을 최소화하기 위한 칸막이, 즉 STI를 만든다.

문제는 반도체 '미세화'로 STI 공정이 점점 어려워지고 있다는 점이다. 반도체 크기는 점차 줄지만 집적도는 늘어나면서 칸막이 두께, 소위 '팁투팁' 간격을 좁히면서 트랜지스터 자리를 확보해야 하는 과제가 생긴 것이다.

제조사들은 이를 위해 극자외선(EUV) 공정과 '컷마스크, 블록 마스크'라고 불리는 마스크를 통해 여러 번 회로를 깎아내야 한다. 비용과 시간이 늘어 효율성도 떨어졌다.

어플라이드 머티어리얼즈의 Lateral Etch 기술 설명. <사진=어플라이드 머티어리얼즈>

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이 문제를 해결하기 위한 AMAT의 솔루션이 측면 식각 기술이다. 통상 식각 장비는 모든 방향으로 회로를 깎아낸다. 그러나 AMAT은 한 방향으로만 회로를 깎아낼 수 있는 시스템을 개발해 측면만 식각할 수 있도록 했다. 컷 마스크 개수를 줄이면서 비용은 줄지만 STI 두께는 더욱 얇아지고, 트랜지스터가 들어갈 공간은 늘어나게 된 것이다.

어플라이드 머티어리얼즈의 Lateral Etch로 팁투팁 간격은 좁히고, 수율도 높였다. 전자빔 계측으로 측정한 결과. <사진=어플라이드 머티어리얼즈>

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게다가 수율도 기존과 비슷하거나 개선됐다는 결과물까지 얻어내 '일석이조' 효과가 생겼다.

길 리 AMAT 전무는 “기존 공정보다 팁투팁 간격을 절반 가까이 줄이면서 공정 스텝 수도 줄일 수 있었다”며 “이를 측정하기 위한 전자빔(e-beam) 계측 방법도 개발했다”고 전했다.

이밖에 AMAT은 차세대 미세 공정에 대응하기 위한 다양한 기술을 보유하고 있다.

어플라이드 머티어리얼즈 차세대 공정 기술 소개. <사진=어플라이드 머티어리얼즈>

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구체적인 예가 한 챔버 내에서 식각 과정과 증착 과정이 한 번에 이루어지는 인-시츄(in-situ) 공정, 핵심 재료 사용을 줄여 스텝수를 15개에서 11개로 줄인 '스퀘어 스페이서' 공정 등이 어플라이드 머티어리얼즈의 핵심 차세대 기술로 주목받는다.

길 리 전무는 “AMAT의 재료와 설비 기술로 칩의 성능과 전력, 면적(PPAC) 모두를 개선할 수 있도록 할 것”이라고 전했다.

강해령기자 kang@etnews.com

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