GAA? LAM과 삼성의 합작

- GAA 란 무엇인가

최근 LAM의 반도체 장비 개발계획 발표가 있었는데요, 구체적인 내용은 GAA 공정에 활용할 수 있는 식각 장비를 개발하여 삼성전자에 공급한다는 것이었습니다. 이는 삼성전자의 기존 FinFET 공정보다 한 단계 더 Upgrade 된 공법으로, 반도체의 집적도와 그 통제력을 극도로 키운 기술입니다. 해당 기술력 강화를 통해, 삼성은 3nm 공정 개발의 속도를 올리고 있습니다.   

GAA (Gate All Around)란?

우선 GAA에 대해 간략하게 짚고 넘어갈 필요성이 있습니다. 나노 공정, 즉 반도체의 길이를 줄이는, 구체적으로는 소자 gate length(길이)를 줄일수록 반도체의 성능과 집적도가 좋아지기 때문에 생산이익이 커집니다. 반도체 길이를 줄이는데, 그러면 왜 GAA로 공법이 바뀌어야 할까요? 그것은 누설전류와 관련이 있습니다.  

위 그림은 반도체의 기본 구조입니다. Source에서 Drain으로 전류가 흐를 때, 반도체가 동작한다고 볼 수 있는데요, 이는 GATE에 전압이 인가되었을 때만 흐르게 됩니다. 그러나 반도체 길이가 줄어들면서, 즉, Source와 drain 사이의 간격이 좁아지면서(거의 붙는다 생각) GATE의 전압 여부에 상관없이 전류가 흐르게 됩니다. 이렇게 GATE의 전압이 없을 때도 Source와 Drain 사이에 흐르는 전류를 누설전류라 하는데요, 이러한 누설전류는 소자 특성을 악화시킵니다. 따라서 반도체를 위 그림과 같은 형태로만 만드는 것은 7nm 급 이하의 미세공정부터는 어려워지게 됩니다. 따라서 반도체의 구조 자체를 바꾸는, 즉 공법 자체가 달라지게 되는 것입니다.  

그렇다면 3nm를 사용한 GAA의 구조를 보겠습니다. (아래 그림)

                                                                            GAA 구조

앞서 보았던 반도체 기본구조에서, GATE의 전압 여부와 상관없이 흐르던 누설전류의 의미는 'GATE가 행사하는 Source-drain 사이의 전류(Channel이라고 함) 지배력이 약해졌다'를 의미한다고 볼 수도 있습니다. 따라서 GATE의 지배력을 강화하여 Channel을 통제해야 하는데, 이러한 통제 방법으로 channel을 4면으로 감싸는 형식을 취한 구조가 바로 GAA 구조입니다. 기본 반도체 구조에서는 GATE가 Channel 한 면과 접합돼 있었다면, GAA 구조에서는 4개의 면을 접하고 있으므로 Channel 통제력이 강해진 것이고, 이것은 원하지 않는 누설전류를 막는 다고 볼 수 있습니다. 이것이 GAA 구조의 장점이자 3nm 공정부터 필요성이 대두한 이유라고 볼 수 있겠습니다.    

LAM의 식각 장비의 필요성 

따라서 GAA 구조를 만들기 위해서는, 일반적인 반도체 장비 대신 3D 구조를 깎아 만들 수 있는 Etch 장비가 필요해집니다. 램의 장비는 high selectivity(선택성)과 GAA 구조가 프로그램화된 장비를 보급할 것이라 생각할 수 있습니다. 이러한 GAA 공정에 최적화된 장비를 만들기 위해서는, 제조회사, 즉 삼성과도 긴밀한 협력이 필요할 것입니다.  

마치며, 두 회사의 GAA 기술개발 협업은 반도체 산업 전체에 변화를 일으킬 것이라 생각합니다. 아직은 GAA 공법이 수율 안정화가 되어 생산성을 가지고, 다양한 제품들에 적용될 때까지 시간이 걸릴 수는 있겠지만, 향후에 이것이 가능해진다면 이러한 GAA 제품들의 TEST 산업 또한 발전할 것이며, 지금보다 더욱 뛰어난 고성능 반도체 제품들이 실생활에 나타날 것이라 생각합니다.