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트랜지스터

트랜지스터는 전자 신호와 전력을 스위칭하고 증폭하는 반도체 소자입니다. 1950년대 초에 개발된 트랜지스터는 현대의 전자 소자에서 중심을 이루는 구성 요소입니다. 이러한 소자의 성능 향상을 위한 요구가 점점 더 높아짐에 따라 칩 제조사들은 그러한 성능을 구현하기 위해 더 많은 트랜지스터를 웨이퍼에 넣었습니다. 오늘날 첨단 마이크로프로세서는 최대 30억 개의 트랜지스터를 사용할 수 있습니다.

웨이퍼당 트랜지스터 개수가 늘어나 단위 소자당 비용이 감소했습니다. 이와 동반된 트랜지스터 크기 축소로 속도가 빨라지고 전력 소비량이 낮아졌습니다. 더 높은 성능의 칩이 제조됨에 따라 소비자 제품의 가격이 더 낮아질 수 있었습니다. 이러한 지속적인 가격 하락으로 모바일폰, 태블릿, 비디오 게임, 3D TV 같은 제품에 대한 수요가 꾸준히 증가했습니다. 스마트폰과 태블릿에 대한 수요는 향후 4년 동안 총 50억 대가 될 것으로 예상됩니다. 또한 이러한 모바일 기기는 강력한 클라우드 기반 인프라의 개발을 촉진합니다. 이러한 모바일 기기의 데이터를 관리하기 위해 향후 4년 후에는 거의 2억 대에 이르는 서버가 필요할 것입니다. 트랜지스터의 경우에 이러한 유형의 제품의 등장은 차세대 기술의 물결, 즉 모바일 시대를 여는 신호탄입니다.

10년 전에 퍼스널 컴퓨터가 프로세서와 메모리 기술을 촉진한 것과 흡사합니다. 모바일 컴퓨팅이 오늘날의 고객 기술 로드맵을 이끌고 있습니다. 과거에 퍼스널 컴퓨터는 지속적으로 처리 속도를 높이는 것을 목표로 삼았습니다. 모바일 기기의 경우에는 배터리 수명 연장 또는 전력 소모 감소로 관심의 초점이 바뀝니다. 이와 함께 기능 향상에 대한 꾸준히 증가하는 요구도 충족시켜야 합니다. 임계 재료의 평면(2D) 미세화가 한계에 접근하면서 모바일 시대에는 더 복잡한 기술과 다양한 신소재가 적용되는 3D 트랜지스터 구조가 새롭게 떠오르고 있습니다.

기기 기능이 향상됨에 따라 마이크로프로세서, 베이스밴드 프로세서, 여러 가지 프로세서 코어와 그래픽 기능을 통합한 애플리케이션 프로세서 같이 프로세서 사용이 급증하고 있습니다. 모바일 시대에서 모바일 기기의 새로운 운영 체제는 DRAM보다 NAND 기반 메모리에 대한 의존도가 점점 높아지고 있습니다.

어플라이드 머티어리얼즈의 역할

어플라이드 머티어리얼즈는 화학 기상 증착(CVD), 고 유전율/메탈 게이트 물리 기상 증착(PVD), 이온 주입, 고속 열처리(RTP), 에피택시, 식각, 평탄화, 결함 검사 같이 여러 세대의 2D 트랜지스터 미세화를 구현했고 3D 구조로의 전환을 위한 기술을 선도하고 있습니다. 

In processors, the 3D FinFET (fin field effect transistor) is emerging as uniquely suited for low-power operation. Building it will add more than 50 additional single-wafer processing steps to Applied’s served market. Patterning and etching will require exceptional precision to achieve the required fidelity of the fin width and height for billions of transistors. In memory, 3D NAND is a revolutionary new architecture in which all major components of the memory transistor (i.e., the channel, gate stack, and junctions) will be formed horizontally on the wafer. This approach also substitutes the lithography intensity of linear scaling with greater thin-film process intensity, adding more than 30 steps to the current planar sequence to Applied’s served market.
 
In addition to creating new materials for 3D that behave like those in current 2D technology, the 3D transistor inflection is driving new capabilities in many fabrication processes. Applied Materials’ systems are fulfilling these demands through a variety of innovations. Fabrication sequences will become more deposition-intensive and will require greater conformality of those deposited films, which becomes more challenging as aspect ratios increase. Applied’s most advanced PVD technology achieves the highly conformal coverage needed in metal gate fabrication while its CVD capabilities deliver void-free gap fill in complex topography with demanding feature profiles. Ion implantation now requires much greater energy purity and doping precision without damaging the host material. Applied’s leading-edge cryo-implantation process at wafer temperatures as low as -100˚C is enhancing device performance. And Applied’s unique annealing approach that heats the wafer from the back side optimizes within-die temperature uniformity for dopant activation and other critical material enhancement processes.
 
Applied’s specialized etch capabilities address the high-aspect ratio “staircase” structures needed for cost-competitive high-volume production of 3D NAND. Planarization systems with exacting real-time process control enable the atomic-level precision required for damage-free polishing of ultra-thin films. Defect inspection and review are vital for optimizing the quality of individual steps in the manufacturing sequence and, ultimately, the production yield. This entails first locating true defects (as opposed to “nuisances” that will not affect the wafer) and then reviewing their composition and root cause. For over a decade as feature and defect sizes have scaled down, Applied has pioneered and enhanced automated defect classification as well as resolution and image quality capabilities, recently achieving resolution of 1 nanometer (1 billionth of a meter) and high quality topographical imaging essential for 3D structures.
 
The 3D chapter of the transistor story is only just beginning; researchers are actively examining new forms of 3D transistors, their relative costs, and product size. Applied Materials innovations are making it possible to sustain the momentum of transistor evolution for the foreseeable future.

어플라이드는 여러 세대의 2D 미세화 기술을 이끌었고 향후에도 고객의 3D 전환을 지원하는 기술 분야에서 가장 앞선 기업입니다.