IBM 7nm BEOL 기술 혁신: EUV 리소그래피와 코발트 금속화가 차세대 칩을 견인하다

그리셀다 보니야 박사는 IBM 리서치의 첨단 BEOL 상호연결 기술 팀 수석 매니저로, 회사의 업계 선도적 온칩 상호연결(BEOL) 솔루션을 끌어올리는 혁신을 주도하고 있습니다. 이번 주 캘리포니아 산호세에서 열리는 IITC/AMC 컨퍼런스에서 그녀의 팀 발표에 앞서 인터뷰를 진행했습니다.

우선 7nm 기술이 왜 그렇게 중요한지 말씀해 주시죠.

그리셀다 보니야: 7nm 노드는 차세대 시스템(클라우드, 빅데이터, 인지 컴퓨팅, 모바일)의 핵심입니다. 2014년 30억 달러 투자와 뉴욕주, 글로벌파운드리, 삼성과의 협력에 힘입어 소재, 도구, 공정 혁신이 이 플랫폼에 최대 50%의 전력-성능 향상을 가져올 수 있습니다. 새로운 소재와 EUV 리소그래피로 7nm 마일스톤을 달성한 것은 이 잠재력의 강력한 지표입니다.

작년 7nm 노드 테스트 칩 돌파구에서 귀하의 역할은?

GB: 36nm 피치에서 새롭고 신뢰할 수 있는 상호연결 기술을 정의하고 개발한 대규모 크로스펑셔널 팀을 관리했습니다.

작년 돌파구 이후 진척 상황은?

GB: 여정은 짜릿했습니다. BEOL 스케일링은 우리가 추진 중인 7nm 노드를 포함해 현대 CMOS 노드에서 여전히 난제입니다. 트랜지스터, 커패시터, 저항 등을 연결하는 백엔드오브라인 상호연결에 집중해왔습니다. 우리가 다루는 구리 배선은 거의 20년 전 도입된 원래 Cu 상호연결 크기의 1/20 미만입니다. 처음으로 극자외선(EUV) 리소그래피를 사용한 적극적인 스케일링 상호연결을 시연했는데, 다른 패터닝 기술이 점점 복잡하고 제한적이 되는 상황에서 회로 설계에 전례 없는 유연성을 제공합니다.

IITC/AMC 컨퍼런스에 대해 말씀해 주시죠. 무엇을 발표하시며, 왜 이곳이 귀하의 작업을 소개하기 적절한 곳인가요?

GB: IITC/AMC 컨퍼런스는 BEOL 연구의 최고 모임으로, 업계 리더와 학계가 최신 진전을 교환합니다. 우리는 "7nm BEOL 기술"과 "7nm 이후 기술을 위한 BEOL 설계 기술 공동 최적화" 두 가지 강연을 초청받았습니다. 제 동료 테오 스탄다르트 박사가 우리 7nm BEOL 기술 논문을 저술한 팀을 이끌며 미래 노드를 위한 상호연결 솔루션 정의와 검증을 담당합니다. 또한 주요 BEOL 성능 지표, 새로운 통합 방법, 소재를 다루는 6편의 기고 강연과 4편의 포스터를 발표했습니다. IBM 리서치 얼라이언스가 올해 컨퍼런스에서 가장 많은 논문과 강연을 확보했습니다.

얼라이언스에 대해 더 말씀해 주시죠. 글로벌파운드리, SUNY 폴리테크닉 연구소 등 파트너들이 어떻게 기여했나요?

GB: 이 협업들은 기초적입니다. IBM의 깊은 연구 전문성, 글로벌파운드리와 삼성의 제조 역량, SUNY 폴리의 학문적 혁신과 리더십이 독특하게 결합되어 첨단 BEOL 혁신 탐구를 가능하게 합니다.

SUNY 폴리 CNSE 올버니에서 제작된 IBM 7nm 노드 테스트 칩 클로즈업. (Darryl Bautista/Feature Photo Service for IBM)

작년에 SiGe 채널 소재와 EUV 리소그래피가 돌파구로 지목됐습니다. 현재 어떤 새로운 보완 소재나 기술이 사용되고 있나요?

GB: 접촉 레벨에서 코발트 금속화와 이 공격적인 치수에서 신뢰할 수 있는 BEOL 상호연결을 달성하는 데 필요한 기술적 혁신들을 조명하고 있습니다.

이 발전들이 7nm 칩 대량 생산 능력 측면에서 의미하는 바는?

GB: 검증된 수율과 신뢰성으로 7nm 노드까지 상호연결 스케일링이 지속 가능하게 합니다. 업계 최초이자 획기적인 접촉/로컬 상호연결 금속학의 종합 평가를 제시하며, 10nm 및 7nm CMOS ULSI에서 높은 저항이 야기하는 심각한 성능 병목 현상을 극복하는 데 결정적인 2.5배 접촉 저항 감소를 목표로 합니다.

로컬 상호연결 돌파구의 의미는?

GB: 댐마신 공정(Cu 상호연결을 생성하는 첨가 기술) 시작 이래 거의 25년 만의 첫 접촉 금속학 변경입니다. 이 발전은 7nm 기술에 중추적이며, 기존 텅스텐 접촉과 관련된 성능 손실을 완화할 실질적 경로를 제공합니다.