업계 최초 양산 과정에 루테늄 활용…구리 칩 배선 2나노 이하로 스케일링 및 최대 25% 저항 감소

“AI 시대에는 에너지 효율이 더욱 높은 컴퓨팅이 요구되고, 성능 및 전력 소비에서 칩 배선과 적층이 매우 중요하다. 어플라이드 최신 통합 재료 솔루션은 반도체 업계가 저저항 구리 배선을 옹스트롬(Angstrom) 노드로 스케일링 할 수 있도록 한다."

프라부 라자(Dr. Prabu Raja) 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 제품그룹 사장은, 어플라이드의 최신 로우k(low-k) 유전체(dielectric)는 정전용량(capacitance)을 낮추고 칩을 강화해 3D 적층의 차원을 높인다고 강조했다. 

어플라이드 머티어리얼즈가 2나노(nm) 로직 노드 이하로 구리 배선 스케일링을 가능케 함으로써 컴퓨터 시스템 와트당 성능을 높이는 재료공학 혁신을 발표했다. 

어플라이드의 ‘블랙 다이아몬드(Black Diamond)’ 소재는 전력 소비를 높이고 전기 신호 간 간섭을 초래하는 전하의 축적을 낮추기 위해 엔지니어링된 낮은 유전상수 또는 유전율(k-value) 박막으로 구리 배선을 감싸는 방식을 적용, 수십 년간 업계를 선도해왔다. 

어플라이드는 ‘프로듀서(Producer) 블랙 다이아몬드 PECVD’ 제품군에서 가장 최신형인 블랙 다이아몬드 향상된 버전을 발표했다.

이 신소재는 최소 유전율을 낮춰 2나노 이하의 스케일링을 가능케 한다. 또한 반도체 제조사 및 시스템 업체가 3D 로직과 메모리 적층의 차원을 높이는데 있어 매우 중요해진 향상된 기계적 강성을 제공한다.
 
반도체 제조사들은 칩 배선 스케일링을 위해 로우k 박막의 각 층을 식각해 트렌치(trench)를 생성하고, 구리가 칩으로 유입돼 수율 문제를 초래하는 것을 방지하는 배리어(barrier) 층을 증착한다. 이 배리어는 최종 증착 공정 중 접착력을 보장하는 라이너(liner)로 코팅 처리된다. 

반도체 제조사들이 배선을 추가로 스케일링함에 따라 배리어와 라이너가 배선에서 차지하는 부피의 비율이 높아졌다. 이에 남은 공간에 공극(void) 발생 없는 저저항 구리 배선 생성은 물리적으로 불가능하다. 

어플라이드 머티어리얼즈는 반도체 제조사들이 구리 배선을 2나노 노드 이하로 스케일링할 수 있도록 6개 기술을 하나의 고진공 시스템에 조합한 최신 IMS(통합 재료 솔루션)을 발표했다. 업계 최초 루테늄과 코발트(RuCo)의 이원(binary) 금속 조합은 라이너의 두께를 최대 33퍼센트인 2나노까지 축소한다. 공극 없는 구리 리플로(reflow)를 위한 표면 물성을 개선하고 전기 배선 저항을 최대 25퍼센트까지 낮춰 칩 성능과 전력 소비를 개선한다.

또한, 볼타 루테늄 CVD 기술이 적용된 어플라이드의 새로운 ‘엔듀라 쿠퍼 배리어 씨드 IMS(Endura Copper Barrier Seed IMS)’는 모든 선도 로직 반도체 제조사가 채택해 3나노로 고객 출하를 시작했다.