반도체 열처리 공정 중 하나인 '어닐링' 수요가 확대된다. 기존 실리콘(Si) 웨이퍼에서 주로 썼던 공정이 차세대 전력 반도체로 꼽히는 실리콘카바이드(SiC)까지 확산하는 추세다. 400단 이상 고단 낸드 등 차세대 메모리와 첨단 시스템 반도체에서도 어닐링 활용이 늘어날 전망이다.
3일 업계에 따르면, SiC 웨이퍼 시장 1위인 울프스피드는 최근 레이저 어닐링 장비 도입을 추진하고 있다. 현재 국내 레이저 어닐링 장비 협력사와 구매주문(PO)을 협의하는 것으로 파악됐다. 초기 소량 도입 후 적용 물량을 늘릴 것으로 전망된다.
업계 관계자는 “지금까지 어닐링 공정이 잘 쓰이지 않았던 SiC 웨이퍼 공정에서 본격적인 도입 및 적용 행보가 시작됐다”며 “SiC 웨이퍼 크기가 8인치 이상으로 전환되는 것도 어닐링 장비 활용에 긍정적”이라고 밝혔다.
반도체 어닐링은 웨이퍼에 일정 온도를 가해 격자 손상을 복구하고 주입된 불순물을 활성화해 전기적 특성을 활성화하는데 쓰인다. 주로 이온 주입 후 공정으로 분류된다.
반도체 웨이퍼 주류인 실리콘에는 어닐링 많이 도입됐지만, SiC에서는 활용에 제한이 있었다. 1000도 정도인 Si과 견줘 보다 보다 높은 온도(1600도 이상)로 열을 가해야하기 때문이다. 또 웨이퍼 계면 손상이나 결함 발생도 어닐링 도입이 어려웠던 원인이다.
최근에는 레이저로 매우 좁은 특정 부위나 초단시간 내 어닐링을 진행, 열 부담을 줄일 수 있게 되면서 SiC 적용 가능성이 높아졌다. 울프스피드뿐만아니라 2028년 양산을 목표로 SiC 위탁생산(파운드리) 사업을 준비 중인 삼성전자도 레이저 어닐링 공정 도입을 검토하는 것으로 알려졌다.
SiC가 전력 반도체 수요 확산으로 주목받으면서 어닐링 공정도 함께 확산될 것으로 분석된다. SiC는 내열·내구성이 실리콘 대비 우수한 화합물 반도체 소재로, 차세대 전력 반도체로 각광받고 있다.
차세대 메모리와 첨단 시스템 반도체 분야에서도 어닐링 확산이 기대된다. 400단 이상 고단 낸드 플래시가 대표 사례다. 낸드 성능과 용량을 높이려면 단수를 높여야 한다. 이후 수직으로 쌓은 메모리 셀 간 신호 전달 경로 '채널 홀'을 파는데, 단수가 높을수록 채널홀이 깊어져 전기적 특성이나 구조적 안정성을 확보하는데 난항을 겪게 된다.
어닐링은 채널 홀 영역에 결정화하는 방식으로 이같은 문제를 해결할 방법론으로 주목받고 있다. 실제 일부 낸드 제조사가 400단 이상 낸드 구현에 필요한 국소 결정화에 어닐링을 추진 중인 것으로 전해진다.
또 다른 업계 관계자는 “2나노미터(㎚) 이하 첨단 시스템 반도체 제조 공정에도 국소 어닐링을 적용하려는 업계 시도가 이어지고 있다”며 “어닐링 공정 확산으로 레이저 솔루션 시장 성장에 기여할 것”이라고 말했다.
권동준 기자 djkwon@etnews.com
