[디지털데일리 고성현 기자] 어플라이드 머티어리얼즈(이하 AMAT)가 후면전력공급 및 차세대 고대역폭메모리(HBM) 및 3차원(3D) AI반도체 구현을 위한 기술을 확보했다. 이는 퓨전 본딩과 하이브리드 본딩 기술로, 반도체 미세화의 한계를 돌파할 수 있는 키 팩터(Key Factor)가 될 것으로 전망된다. 아울러 차세대 D램 구조인 '3D D램'을 구현한 4가지 핵심 소재·식각 기술에 대해서도 공개했다.

라그하브 스리니바산(Raghav Sreenivasan) 어플라이드 머티어리얼즈 시니어 디렉터는 21일 오후 1시부터 서울 여의도 전경련회관 FKI 타워 컨퍼런스센터 3층 다이아몬드홀에서 개최된 ‘제2회 DIC(DigitalDaily Industry Conference) 2024’에서 "기존 반도체 시장의 당면 과제는 인공지능(AI) 시대로 접어들면서 급격히 커진 전력 소모량을 절감하고, 기존 이상의 고성능을 구현하는 것"이라며 "이를 해결하려면 칩 미세화보다 효율성이 높은 온칩 인터커넥트 효율화와 칩 크기의 한계를 뛰어넘어야 한다"고 강조했다.

기존 반도체 시장은 칩 내 트랜지스터 크기를 줄이면서도 밀집도를 늘려 고성능·저전력을 구현해왔다. 하지만 노광 기술 및 칩 물리적 크기 문제로 이 방식의 한계에 다다른 상황이며, 이에 따라 트랜지스터 미세화 외의 접근 방식이 필요해졌다. 이를 해결할 수 있는 가장 큰 대안으로 꼽히는 것이 첨단 패키징 기술이다.

우선 AMAT는 새로운 혁신을 가져다 줄 첨단 패키징 기술로 후면전력공급(BSPDN)을 꼽았다. BSPDN은 칩 내부에 있는 전력 회로(Layer)를 웨이퍼 뒷단으로 분리하는 기술이다. 면적을 크게 줄이고 전력 효율을 크게 높일 것으로 기대받는다.

스리니바산 디렉터는 "이때 옥사이드(Oxide)층과 웨이퍼를 결합하는 퓨전 본딩 기술이 중요하다. 이를 활용해야만 BSPDN 구현이 가능해지는 것"이라며 "이와 함께 높은 수준의 노광 공정이 병행되면 정밀한 전력 공급 연결 커넥션을 만들 수 있는 발판이 마련될 것"이라고 말했다.

패키징 분야의 혁신 기술로 꼽히는 하이브리드 본딩에 대한 중요성도 강조했다. 하이브리드 본딩은 칩과 기판, 칩과 칩을 접합할 때 별도의 범프(연결 단자, Bump) 없이 직접 붙이는 패키징 기술이다. 전기적 통로 역할을 하는 칩의 구리 부분을 직접 붙이기 때문에 '다이렉트 본딩'이라고도 불린다.

스리니바산 디렉터는 "하이브리드 본딩의 도전 과제는 유전체 채용과 표면 거칠기 제어, 패턴 밀도 규정 및 전체적 면적에 대한 활동에 대한 정의"라면서 "CMP 측면에서 보면 접합 부분인 구리 패드가 정밀한 수준으로 이뤄져야 한다"고 운을 뗐다.

그러면서 그는 "AMAT는 현재 사전접합(Pre-Bond)에서 높은 하이 본딩 강도를 갖춘 'Insepra SiCN', 본딩 과정에서 구리 높이를 정밀하게 제어하는 'Reflexion LK 프라임(LKP)', 유전체와 구리를 정밀하게 어닐링해 높은 수율을 구현하는 'Pyra Single Wafer Anneal' 등 솔루션을 갖췄다"고 강조했다.

이밖에 수직 적층 D램(Vertical DRAM) 구현을 위한 신규 소재 기술 및 식각 공정 기술도 소개했다.

스리니바산 디렉터는 "3D D램 구현을 위해서는 ▲100개가 넘는 몰드 레이어를 실리콘과 실리콘게르마늄(SiGe)을 적층하고 ▲높은 측면비 구현을 위한 식각 기술 ▲측면 회로 증착 기술이 필요하다. 현재 AMAT는 이러한 영역에서 활용 가능한 기술력을 갖췄다"고 전했다.

마지막으로 그는 "무어의 법칙이 둔화되면서 이종접합(Heterogeneous Integration)이 새로운 반도체 혁신의 패러다임이 되고 있다"며 "어플라이드 머티어리얼즈는 전력·성능·면적·출시시간 단축을 기준으로 움직이고 있으며, 새로운 아키텍처를 통해 새로운 재료공학과 기술적 혁신을 이뤄내겠다"고 말했다.