HPSP는 고유전율(High-K) 절연막을 사용하는 트랜지스터의 계면특성을 개선하는 고압 수소 어닐링 장비에 대한 연구개발 및 제조, 판매를 전문으로 하고 있습니다. 고압 수소 어닐링 장비는 반도체 소자 계면상의 문제점을 개선하기 위한 목표로 연구개발하여 제품화한 반도체 전공정 장비입니다.
트랜지스터 막을 형성하는 High-K소재 (HfO2, 하프늄옥사이드)는 28나노미터 (이하 “㎚”) 이하 공정에서 발생하는 터널링 현상으로 인한 누설전류를 막기위해 도입되었고, High-K 소재의 유전율은 기존 SiO2 비해 5배 이상 높으나 High-K 소재를 채택할 경우 “Interface Defect”발생 수준이 기존 SiO2 대비 100배 증가하여 전반적인 반도체performance를 제한시키게 되며, 이를 극복하기 위한 새로운 Solution이 고압에서 가스 농도를 높여 저온 공정을 가능하게 하는 고압어닐링(High Pressure Annealing, “HPA”)공정입니다.
고압어닐링 기술은 수소(H2), 중수소 (D2)를 이용한 화학 작용을 통해 Interface Defect에 H-Si (Hydrogen-Silicon) bonding을 형성하여 Interface Defect를 전기적으로 비활성화함으로서 구동전류 및 집적회로의 속도를 현저히 개선시킵니다.
HPSP 배경과 목표
세계 최초로 개발하여 HPSP에서만 생산하는 고압 수소 어닐링 장비는 이전에는 이론적으로만 가능했던 기술의 실현입니다. HPSP는 혁신적인 기술과 명성 있는 신뢰성을 바탕으로 반도체 전단 공정에서 타의 추종을 불허하는 역사를 쌓아가고 있습니다. 선도적인 반도체 제조업체는 고압 수소 어닐링 장비를 도입하여 최고의 시스템 및 메모리 반도체를 생산하고 있으며, 자율 주행 보조 시스템(ADAS) 및 CMOS 이미지 센서(CIS)를 포함한 미래 기술을 통합하여 사업을 확장하기 위한 다양한 준비 단계에 있습니다.
HPSP는 모든 임직원과 함께 새로운 고압 공정 개발과 같은 변화하는 시장 요구에 적절히 대응하기 위해 지속적인 R&D 투자를 통해 글로벌 시장을 선도하는 기업이 되기 위해 노력할 것입니다.
HPSP 사업분야
고압 수소 어닐링 장비 (GENI-SYS)
전공정(Front-End) 장비로 분류되며 고압 수소 어닐링 통해 반도체 소자 계면상의 결함을 제거하는 목적으로 필요한 장비입니다. 고압 수소 어닐링 공정 효과로 인해 반도체 소자계면의 결함이 감소되면 전자 이동량이 향상되므로 트랜지스터 성능이 높아지게 됩니다.
반도체 기술의 발전에 따른 고집적화, 고전력화, 고속화에 따라 Gate에서 낮은 누설 전류가 요구되며 이러한 반도체 소자의 특성상 계면의 안정성 확보에 많은 연구개발이 진행되고 있으므로 소자 계면의 문제점 개선을 위한 시장의 수요는 계속 확장되고 있습니다.
또한 고압 수소 어닐링 장비는 450℃ 이하의 온도 환경에서도 100% 수소농도를 유지하여 어닐링을 극대화시키므로 기존 고온 어닐링 장비와는 근본적인 차이가 존재합니다. 타사의 고온 어닐링 장비의 경우 600℃ 이상의 온도에서 어닐링이 진행되어 Metal Gate 및 금속배선에 변질을 유발시키며, 공정미세화 어닐링에 미흡한 수소농도를 가지고 있으나 HPSP의 장비는 이러한 문제점을 모두 해결하여 28/32㎚이하 공정을 기본으로 2㎚ 이하의 최선단 공정까지 적용 시킬수 있습니다.
이러한 특성으로 인해 HPSP 고압 수소 어닐링 장비는 주요 글로벌시스템반도체 제조업체뿐 아니라 국내외 메모리반도체 업체에도 납품되고 있습니다. 한편 고압 수소 어닐링 장비는 반도체 소자를 중수소 또는 수소 가스를 고압으로 어닐링하는 하는 것으로 공정 특성상 고압에 대한 기술적 노하우 및 안정성 확보가 최우선으로 고려되어야 합니다. 이에 따라 고압에 대한 기술적 노하우 및 안정성 확보하기 위해 압력용기 안전 인증 획득과 안전을 위한 시스템 구성을 우선시하고 있습니다.
설비는 고압 어닐링 장비로 공정 가스는 중수소, 수소, 질소, 산소를 사용하며, 공정 압력 범위는 1기압~25기압까지 고압가스를 사용하므로 고압 용기에 대한 운영 노하우 및 고압에 대한 인증이 필요한 장비입니다. 장비의 안전성을 최우선으로 고려하여 제작 초기 설계시부터 안전에 대한 인터락을 2중 3중으로 구성하여 안전성을 검증 및 관리하고 있습니다.
고압 공정에 있어 가장 중요한 고압 용기에 대한 안전 인증은 국내 및 해외 고압 인증을 획득한 구조의 압력용기를 제작하여 사용하고 있으며, 유럽권 인증인 PED, 미주권 ASME, 국내 KGS 한국가스안전공사에 고압인증을 획득한 제품을 사용하므로 고객사의 두터운 신뢰를 받고 있습니다.
HPSP 전망
2023년 전세계 반도체 시장은 러시아, 우크라이나 전쟁, 주요국 금리 인상 등에 따른 글로벌경기 둔화 속에 중국 시장 위축, 반도체 가격 하락 등의 악재가 겹치면서 성장이 둔화 되었습니다.
그러나 최근 자율주행, AI(인공지능) 등 4차산업 관련 분야의 빠른성장과 생성 AI를 활용한 서비스가 본격화해 반도체 수요를 이끌고, 부진했던 스마트폰이나 PC 등의 수요도 회복될 것으로 전망됩니다. 시장조사전문기관 WSTS에 따르면 2024년 반도체산업의 시장규모는 차세대 반도체 및 신규제품에 대한 투자로 전년 대비 16.0% 증가한 6,112억달러로 전망됩니다. 2024년 글로벌 전공정(Front-End)반도체 장비매출액 또한 전년대비 2.8% 증가한 980억 달러가 예상되고 있습니다. 내년에는 인공지능, 고성능 컴퓨팅(High Performance Computing, HPC)및 메모리반도체의 수요회복과 신규 팹과 생산능력 확대 등으로 인해 올해보다 14.7% 상승한 1,130억 달러 규모가 전망되고 있습니다.
HPSP의 설비는 고압 수소 어닐링 장비로 공정 가스는 중수소, 수소, 질소, 산소를 사용하며, 공정 압력 범위는 1~25기압(atm)까지 고압가스를 사용하므로 고압 용기에 대한 운영노하우 및 고압에 대한 인증이 필요한 장비입니다. 안정성이 최우선 과제인 반도체 산업에서 동사는 고객사의 신뢰를 확보하기 위해 inter-lock을 2중 3중으로 구성하여 안정성을 검증 및 인정받았습니다.
성능과 안정성을 고객사로부터 인정받은 GENI-SYS 제품은 보고서 제출일 현재 경쟁 제품이 존재하지 아니합니다. 향후에도 이러한 기술격차를 확대하기 위해 기존 고압 어닐링 기술의 개선뿐만 아니라 고유전막이 사용되는 메모리 소자와 다른 소자의 Application에 적용하기 위하여 새로운 기술을 추가하고 있으며, 또한 안전을 강화시키는 연구 개발을 지속적으로 수행하여 신기능을 구현한 장비를 2-3년 마다 출시하고 있습니다.
HPSP 스타일 분석 지표
HPSP 분석
GENI-SYS는 반도체 전공정이 미세화되면서 반도체 소자 계면상 발생할 수 있는 문제를 개선하기 위해 출시되었습니다. High-K 소재는 기존 SiO2 대비 유전율이 5배 향상되어 미세화 공정에 필수적으로 사용되어야하지만 그에 따라 계면에 defect가 발생하는 예상치 못한 부작용이 발생하였습니다. GENI-SYS는 이러한 부작용을 해소해주는 고압수소어닐링을 제공하는 장비입니다.
전세계적으로 유일하게 고압 어닐링 솔루션을 보유하고 있습니다. 기존 foaming 가스 어닐링 환경에서 구현되는 4% 미만의 낮은 중수소, 수소 농도는 어닐링 공정에 미흡하였으며, 공정에 적용한 600℃ 이상의 높은 온도는 Metal Gate 및 금속배선에 변질을 유발시켜 공정 미세화에 치명적인 데미지를 주었습니다. 반면 고압에서 가스 농도를 높여 저온 공정을 가능케하는 고압어닐링 공정을 개발하여 고객사의 낮은 수율 문제를 획기적으로 개선하였습니다. 현재 폐쇄형 furnace 구조로 설계되어 압력 수준을 20~25기압(atm)까지 높이고, 수소농도를 최대 100%까지 극대화할 수 있는 기술을 보유하고 있습니다.
이러한 글로벌 원천 기술을 바탕으로 국내 반도체 장비업체 중에 글로벌 Top-tier 고객사를 포함한 다수의 고객을 확보하고 있으며, 글로벌 독점적 원천기술을 기반으로 향 후에도 고객사가 확대될 것으로 예상되고 있습니다.