인텔이 고급 패키징 생산 속도를 최대 100배 올릴 수 있는 방법으로 ‘선택적 레이저 전송’을 제시했다. 기존 구리의 한계를 극복하기 위한 루테늄을 사용한 공정의 효과와 GAA(Gate-all-around) 트랜지스터의 밀도를 올릴 수 있는 새로운 구조도 발표했다.
인텔은 11일(현지시각)까지 미국 캘리포니아주 샌프란시스코에서 열리는 IEEE 국제전자소자학회(IEDM: IEEE International Electron Devices Meeting) 2024 행사를 통해 향후 실리콘 기반 반도체의 성능을 높일 수 있는 새로운 기술들을 제시했다.
인텔은 고급 패키징 기술을 위한 ‘이종 통합(Heterogeneous Integration)’ 솔루션을 통해 초고속 칩 대 칩 조립을 구현했다고 발표했다. ‘선택적 레이어 전송(Selective Layer Transfer)’ 기술은 기존의 칩 대 웨이퍼 결합 기술과 비교해 훨씬 높은 유연성을 가진 아주 얇은 칩렛을 구현해 더 작은 다이 사이즈와 더 높은 종횡비 구현을 가능하게 한다.
현재의 이종 통합 기술은 위와 아래에 있는 다이 사이즈나 공정 선택, 두께 등에 현실적인 제약이 존재했다. 하지만 새로운 기술에서는 이러한 제약을 완화하고 좀 더 높은 유연성과 비용 효율을 구현 가능하게 한다. 프로세스와 메모리 기술의 혼합 결합에도 좀 더 유연하다. 인텔은 이 기술이 향후의 플래그십 급 AI 제품군의 구현에 효과적일 것으로 소개했다.
인텔은 이 기술이 더 높은 기능 밀도 제공과 함께 서로 다른 웨이퍼간의 하이브리드나 퓨전 본딩 솔루션을 위한 더 유연하고 비용 효율적인 솔루션이 될 것이라 밝혔다. 인텔은 이 기술을 통해 패키징 단계에서 칩 대 칩 결합 과정에 필요한 시간을 최대 100배까지 줄일 수 있을 것으로 기대하며 수 시간이 걸리던 작업을 몇 분 정도로 줄일 수 있었다고 제시했다.
칩의 ‘연결’에서도 새로운 소재를 사용해 향후 공정에서 직면할 ‘구리’의 한계를 극복할 방안이 제시됐다. 인텔은 이번 IDEM 2024의 발표에서 칩 내의 연결에 ‘루테늄(Ruthenium)’을 활용해 25nm 이하 피치에서의 정전용량(Capacitance)을 25% 높였다고 소개했다.
특히 에어갭을 포함한 루테늄 프로세스는 기존의 비용이 많이 드는 배선 근처의 에어갭 영역 생성 등이 필요없으며 인터커넥트의 스케일링 측면에서 장점이 있다고 제시했다.
루테늄을 사용한 공정은 아주 좁은 간격의 레이어 구성에서 기존의 구리 상감(다마신: Damascene) 방식 공정을 대체할 것으로 기대된다. 인텔은 이 기술을 인텔 파운드리의 미래 공정에 적용한다는 계획이다.
‘핀펫(FinFET)’에 이은 차세대 트랜지스터 형태로 도입되고 있는 GAA(Gate-all-around)에서도 밀도를 높이기 위한 노력이 지속되고 있다. 인텔 파운드리는 실리콘 리본펫(RibbonFET) CMOS 트랜지스터의 성능을 높이는 새로운 연구 결과를 발표했다.
인텔은 실리콘 리본펫 CMOS의 밀도 향상을 위해 업계 최고 수준의 짧은 채널 효과와 성능을 갖춘 게이트 길이 6nm(나노미터)와 짧은 실리콘 두께를 가진 구조를 선보였다. 기존과 비교하면 새로운 기술은 기존 CFET(Complementary Field Effect Transistor)대비 게이트 길이와 실리콘 층의 두께 모두 크게 줄이면서도 우수한 물리적 특성을 제공하는 모습이다. 인텔은 이를 통해 GAA 시대에도 트랜지스터 밀도를 지속적으로 끌어올릴 수 있을 것으로 기대했다.
GAA 트랜지스터를 적층한 CFET 이후의 시대를 위한 대비도 있다. 인텔 파운더라는 최신 연구결과를 통해 2D TMD(Transition Metal Dichalcogenide) 반도체가 향후 고급 트랜지스터 제조에서 기존 실리콘 기반을 대체할 수 있을 것으로 전망했다. 이 외에도, 인텔 파운드리는 전력반도체를 위한 300mm GaN(Gallium Nitride) 기술에서 GaN MOSHEMTs(metal-oxide-semiconductor high electron mobility transistors), GaN-on-TRSOI(“trap-rich” silicon-on-insulator) 등을 소개했다.
권용만 기자 yongman.kwon@chosunbiz.com
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