반도체 공정 미세화 어려운 이유

 반도체 회사에서는 미세화를 얼마나 빨리 하느냐에 따라 회사의 실적이 좌우될 만큼 미세화는 가장 어렵지만 끝이 없는 난제 이기도 합니다. 반도체 회사가 미세화에 사력을 다하는 이유와 해법에 대해 얘기해보겠습니다.

 

1. 미세화란

 반도체 미세화라는 것은 일반적으로 제한된 웨이퍼 크기 안에 정보를 저장하거나 처리할 수 있는 트랜지스터를 최대한 많이 넣기 위해서 이며 반도체 웨이퍼라고 하는 것은 현재 직경 300mm가 가장 큰 Size입니다. 제한된 공간에 많은 양의 정보를 처리하거나 저장하게 되면 회사로써는 생산량이 늘어나고 이익이 증가하게 되며 트랜지스터의 개수가 많아지면 처리속도가 빨라지고 저장할 수 있는 정보의 양도 많아 지기 때문에 반도체의 성능도 크게 향상되게 됩니다. 반도체와 웨이퍼의 차이를 헷갈리시는 분들이 있는데 웨이퍼는 흔히 뉴스에서 볼 수 있는 동그란 실리콘 기판이며 여기에 화학물질들을 덮고 깎아서 만들어 내는 것이 반도체입니다. 웨이퍼는 최종적으로 네모난 칩들로 쪼개지게 되며 미세화가 될수록 칩 안에 반도체의 수가 많아지게 됩니다. (트랜지스터 : 정보를 저장하거나 처리하는 반도체)

 

2. 미세화 어려운 이유

1) 간섭

반도체 미세화가 어려운 이유는 트랜지스터 간 간섭 때문이며 이는 미세화가 될수록 트랜지스터 간 서로의 간격이 좁아지기 때문에 전류 누설 등 간섭에 의한 불량에 취약할 수밖에 없습니다. 

2) 미세 파티클

미세화에 따라 기존 영향받지 않던 크기의 미세 파티클에게도 영향을 받기 시작하여 공정과정에서 반도체 불량에 영향을 주는 여러 문제가 발생됩니다.

3) EUV(extreme ultraviolet lithography)

반도체 미세화를 위해선 EUV라는 회로폭을 나노 수준으로 미세하게 그릴 수 있는 장비가 필수인데 이는 워낙 고과의 장비이고 한 개 장비업체의 독점 공급이라 장비 보급에 한계가 있는 상태입니다.

 

3. 미세화 해법

1) 구조변경

간섭을 최대한 늘려주기 위한 반도체 구조 변경이 있는데 finFET 이라든지 GAA(gate all around) 같은 용어들이 이를 말합니다. 최대한 게이트 회로선폭을 늘려 트랜지스터 간 간섭을 늘려주기 위한 구조변경이 계속될 것입니다.

2) 적층기법

반도체 적층 기법으로 VNAND 메모리가 이에 해당합니다. 평면적으로 한계가 있으므로 트랜지스터를 수직으로 적층 하는 방식으로 회로 선폭을 늘리고 있습니다.

3) 웨이퍼 확대

웨이퍼 크기는 300mm가 현재 한계로 400mm로 확대될 가능성이 있으나 현재 답보 상태입니다. 웨이퍼 크기를 늘린다는 것은 모든 제조설비의 규격이 달라지고 fab 안의 구조가 바뀌는 문제라 빠른 시일 내에 실현은 어렵습니다.