어플라이드, 2나노 이하 공정 ‘몰리브덴’ 시대 연다… AI 칩 저항 한계 극복

기존 텅스텐 대비 콘택트 저항 15% 감소… 차세대 GAA 트랜지스터 배선 혁신 주도

[아이씨엔 오승모 기자] 인공지능(AI) 반도체의 미세화 공정이 옹스트롬(Angstrom) 노드로 진입함에 따라, 기존 소재의 물리적 한계를 극복하기 위한 재료 공학적 혁신이 가속화되고 있다. 특히 트랜지스터와 배선 네트워크를 잇는 금속 콘택트(Contact) 분야에서 ‘몰리브덴(Mo)’이 텅스텐을 대체할 차세대 핵심 소재로 부상했다.

재료 공학 솔루션 선도 기업 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials)는 12일 재료 혁신 미디어 간담회를 통해, 2나노 이하 공정에서 AI 칩의 성능과 에너지 효율을 극대화할 수 있는 새로운 증착, 식각 및 재료 개질 시스템을 발표했다. 이번 발표의 핵심은 기존 텅스텐(W) 소재의 한계를 넘어선 ‘Centris Spectral ALD’ 시스템을 통한 몰리브덴 소재로의 전환이다.

왜 몰리브덴인가? 텅스텐의 물리적 한계 돌파

반도체 공정이 2나노 이하로 미세화되면서 각 트랜지스터를 연결하는 금속 콘택트 역시 극도로 얇아지고 있다. 문제는 기존에 사용되던 텅스텐이 나노스케일 차원에서 전자 전도 효율이 급격히 저하되어 칩 전체의 저항을 높인다는 점이다. 이는 AI 칩의 연산 속도와 전력 효율을 제한하는 결정적인 병목 현상으로 작용해 왔다.

반면, 몰리브덴(Molybdenum)은 텅스텐보다 더 얇은 두께에서도 효율적인 전자 흐름을 유지할 수 있는 물리적 특성을 지니고 있어 옹스트롬 노드의 최적 대안으로 꼽힌다. 어플라이드가 선보인 ‘Centris™ Spectral™ ALD’ 시스템은 단결정 몰리브덴을 선택적으로 증착하여, 현재 업계 표준인 선택적 텅스텐 시스템 대비 콘택트 저항을 최대 15%까지 감소시킨다.

마이클 주지크(Michael Chudzik) 반도체 기술 총괄 부사장은 “반도체 집적 기술은 지난 15년간 1만배 증대되었다.”라며, “그러나 문제는 AI 시대 진입과 함께 향후 15년간 또다른 1만배라는 혁신을 이어가야 한다는 것”이라고 진단했다. 반도체 업게 전반에서 적응력 강화와 에너지 효율 강화를 지속적으로 추진해야 한다며, 재료 소재 분문에서의 혁신을 강조했다.

GAA 구조 완성하는 차세대 장비 라인업

어플라이드는 몰리브덴 증착 기술 외에도 게이트올어라운드(GAA) 트랜지스터의 성능을 높이기 위한 통합 솔루션을 함께 공개했다.

Producer™ Viva™ 라디칼 처리 시스템: 원자 수준의 정밀도로 나노시트 표면을 평탄화하여 전자 이동도를 향상시키고 에너지 효율을 높인다.

Sym3™ Z Magnum™ 식각 시스템: 마이크로초 단위의 이온 제어 기술(PVT2)을 통해 옹스트롬 수준의 정교한 3D 트렌치를 형성, 나노시트의 균일성을 확보한다.

어플라이드 머티어리얼즈는 “AI의 빠른 발전은 컴퓨팅 성능을 한계까지 끌어올리고 있으며, 그 혁신은 트랜지스터에서 시작된다”며 “이번에 발표한 시스템들은 옹스트롬 시대에 발맞춰 고객들이 AI 로드맵을 가속화할 수 있도록 돕는 핵심 기술이 될 것”이라고 강조했다.

현재 이 새로운 시스템들은 다수의 선도적인 파운드리-로직 제조사들에 의해 채택되어 2나노 이하 공정 노드에 적용되고 있다. 업계는 이번 소재 및 공정 혁신이 AI 반도체의 성능 저하 문제를 해결하고, 차세대 초미세 공정 양산의 기폭제가 될 것으로 전망하고 있다.

이번에 국내에서 공개된 신제품 3종은 서울 코엑스에서 2월 11일부터 13일까지 개최되고 있는 “세미콘코리아(Semicon Korea) 2026″에서 확인할 수 있다.

이날 박광선 코리아 대표는 협력 생테계 구축에도 적극 나선다고 밝혔다. “올해중으로 실리콘밸리에 에픽센터를 오픈해 기술 개발 기간을 획기적으로 줄이는 새로운 협력 모델을 제시할 예정”이라며, “또한 국내에 반도체 관련 기업들과 대학을 아우르는 협력센터 구축에도 본격 나설것”이라고 밝혔다.