TSMC, 반도체 발열 잡는다…미세 공정 초격차
2021.07.14
[더구루=오소영 기자] 세계 최대 파운드리 업체 TSMC가 발열 통제 기술을 발표했다. 반도체 공정의 미세화에 따라 업계 화두로 떠오른 발열 관리에 힘쓰며 기술 우위를 점한다는 전략이다.
14일 업계에 따르면 TSMC는 최근 ‘VLSI 심포지엄’에서 반도체 발열 문제 관련 연구 결과를 발표했다.
TSMC가 고안한 방안은 △칩 상단 실리콘층에 냉각수를 채운 수로를 통합하는 DWC(Direct Water Cooling) △전자에 실리콘 산화물(OX)을 열전도 소재로 활용한 칩을 추가해 열을 수로가 있는 상단으로 전달해 식히는 방법(Si Lid with OX TIM) △OX 대신 액체 금속을 활용하는 방법(Si Lid with LMT) 등 세 가지다.
테스트 결과 2.6kW의 열을 발산하고 온도 편차가 63°C인 DWC가 가장 좋은 솔루션으로 확인됐다. 이어 OX TIM을 추가한 방법, LMT를 사용한 방법이 열 제어에 효과적이었다고 TSMC는 설명했다.
업계는 TSMC가 개발한 냉각 솔루션이 실제로 적용되기까지 수년이 걸릴 것으로 내다봤다. 다만 3차원(3D) 반도체의 단점으로 꼽힌 발열을 해결할 수 있다는 점에서 의미 있는 연구로 평가된다.
3D 반도체는 평면(2D)으로 펼쳤던 셀을 수직으로 쌓아 미세공정의 한계를 극복할 수 있는 기술로 꼽힌다. 저장 용량뿐 아니라 속도와 수명, 전력 효율성 모두 향상시킬 수 있으나 단위 패키지 당 발열량이 증가하는 문제점이 있다. 차세대 기술로 평가받는 4차원 ‘게이트 올 어라운드(GAA)’도 발열에서 자유롭지 못하다. GAA는 채널 4면을 모두 게이트가 감싸 전류의 흐름을 세밀하게 제어할 수 있도록 한다.
TSMC는 발열 관련 연구를 지속해 미세 공정의 경쟁력을 확보한다. TSMC는 내년부터 3나노미터 공정 양산을 목표로 한다. 연내 2나노미터 반도체 양산을 위한 테스트 설비도 세우며 초미세 공정 개발에 매진한다.
한편, VSLI 심포지엄은 전 세계 3대 반도체 학회(VLSI·IEDM·ISSCC)의 포럼 중 하나다. 올해 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 여파로 13~19일 온라인으로 진행된다.
