((a), (b), (c)로 표시된 세 개의 적층 구조를 보여주는 다이어그램으로, 녹색 'Si' 층과 노란색 'Si₀.₇Ge₀.₃' 층이 번갈아 쌓이고 맨 위에 파란색 'SiO₂ 하드마스크' 층이 덮여 있습니다.
Liu, Enxu, Junjie Li, Na Zhou, Rui Chen, Hua Shao, Jianfeng Gao, Qingzhu Zhang, Zhenzhen Kong, Hongxiao Lin, Chenchen Zhang 등. 2023. "Gate-All-Around 트랜지스터 공정에서 15주기 Si0.7Ge0.3/Si 다층 구조의 선택적 건식 식각 효과에 대한 연구" Nanomaterials 13, no. 14:2127. https://doi.org/10.3390/nano13142127)
중국의 주요 반도체 제조 장비 공급업체인 나우라 테크놀로지 그룹(Naura Technology Group)은 3D DRAM 칩 제조를 위한 2단계 에칭 (ething, 식각) 공정을 개발했다고 밝혔습니다. 현재 CXMT나 YMTC 같은 중국 제조사들은 미국의 제재로 인한 EUV 장비 반입이 금지된 상태로 DUV 장치를 최대한 활용해서 기술적 돌파구를 마련하고 있습니다. 예를 들어 수직 채널 트랜지스터 (VCT)나 WoW 본딩 기술처럼 수평으로 더 작게 만들기 힘들면 수직을 높이 올리는 방식으로 기술적 돌파구를 마련하는 것입니다. 이 내용은 앞서 영상에서 소개했습니다.
(2:07 부터)
나우라가 IEEE 저널에 발표한 논문은 여기더 나아가 64층 3D 램을 균일하게 식각하는 방법을 소개하고 있습니다. 미래 미세 공정 기술의 한계를 극복하기 위한 3D D램에 대한 연구도 활발한 상황인데, 이번 연구의 차별점은 64층 규모의 3D DRAM 스택에서 실리콘 게르마늄 (SiGe) 층을 균일하게 식각하는 데 성공해 기존 식각 공정의 핵심 한계를 해결한 것입니다.
3D DRAM 설계에서는 실리콘(Si)과 실리콘-게르마늄(SiGe) 층을 번갈아 쌓고, SiGe 층을 제거하여 Si 층 사이에 공간을 확보한 후, 이 공간을 채널 플로어라고 불리는 영역 안에 워드, 비트 라인 및 게이트를 배치합니다. 이러한 SiGe 층을 제거하는 과정을 식각이라고 하는데,기존 3D D램의 문제점은 낮은 선택성으로 식각 화학물질이 SiGe뿐만 아니라 인접 Si층까지 손상시킨다는 것입니다. 또 반응 부산물이 스택 하단에 쌓이거나, 화학물질이 깊은 하단 층까지 제대로 도달하지 못해 깊이 방향 균일성(depth uniformity)이 떨어지고, 층 간 간격 크기가 불균일해졌습니다.
나우라의 새로운 식각 기술은 2단계 공정으로 이 문제를 해결합니다. 1단계는 전기적으로 중성인 불소(Fluorine) 라디칼을 SiGe 층에 조사해 SiGe만 선택적으로 공격하고, Si 층 표면에는 불화 게르마늄 (germanium fluoride) 보호막이 형성되어 Si 손상을 최소합니다. 2단계: 플라즈마 보조 퍼지(plasma-assisted purge)로 부산물을 제거해 하단 오염을 막았습니다.
그 결과 Si 대 SiGe 식각 선택성은 500:1 이상 (200nm 두께 층 기준, SiGe가 Si보다 500배 이상 빠르게 식각됨)되고 Si 층 손실은 10 옹스트롬(Å) 미만으로 억제해 95% 이상의 구조 균일성을 확보했다고 합니다. 예를 들어 상단층이 200nm 몇 하단 층도 최소 190nm를 유지했다는 것입니다.
다만 이 기술이 바로 실제 양산에 활용되지는 못할 것으로 보입니다. 3D D램 기술은 여러 제조사들이 개발 중에 있으나 아직 양산까지는 먼 기술로 실제 양산은 2030년대 이후에나 가능할 것으로 예상됩니다. 다만 그 전에 이렇게 기술적 돌파구를 마련하면서 준비하고 있다는 사실이 중요합니다.
CXMT는 현재는 VCT와 WoW 본딩 기술을 통해 DDR6 및 LPDDR6와 이후 메모리를 준비하고 있으며 HBM3와 HBM3E의 초기 위험 생산에 돌입했다고 알려져 있습니다. YMTC와의 협력을 통해 Xtacking 기술을 접목해 기술적 돌파구를 마련하고 있다고 합니다. 메모리 시장에서 중국의 위협은 이제는 현실이 됐고 우리 역시 아직은 격차가 있다고 안주하면 안되는 시점에 도달한 것인지도 모릅니다.
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