“일반적으로 쓰이는 반도체 박막 공정은 궁극적인 단계까지 도달했습니다. 새로운 박막 공법이 필요한데 그것이 원자층증착공법(ALD)입니다.”
전형탁 한양대학교 교수는 28일 한양대학교에서 열린 '제2회 메카로-ALD 아카데미'에서 ALD 공법을 이렇게 소개했다.
ALD 공법은 반도체 제조에서 필수인 '증착' 공정에서 차세대 기술로 각광받고 있다. 반도체 공정은 동그란 웨이퍼 위에 얇은 막을 쌓고 깎는 과정을 수백회 반복하면서 진행된다. 이 때 얇은 막을 쌓는 과정을 증착이라고 한다. 기존 증착 공정에서는 주로 화학기상증착법(CVD), 물리적기상증착법(PVD) 공법이 활용된다. 진공 공간에 웨이퍼를 넣어 특정 물질을 주입하면 공간과 웨이퍼 표면에서 화학 반응이 일어나면서 새로운 박막이 웨이퍼 위에 형성된다. 문제는 칩의 크기가 작아지고 고집적화하면서 기존과 다른 더 미세하고 얇은 막이 필요해졌다는 점이다.
이를 해결하기 위해 등장한 기술이 ALD다. ALD는 '프리커서(전구체)'라는 화학 물질과 특정 반응 물질(리액턴트)을 반복 주입해 웨이퍼 '표면'에서만 화학 반응이 일어나도록 유도하는 공법이다.
CVD 공법은 진공 공간과 웨이퍼 표면 모두에 화학 반응이 일어나 막이 쌓이지만 ALD는 표면에서만 반응이 일어나기 때문에 막 두께를 절반으로 구현할 수 있다. 또 원자층 형성에 쓰이지 않은 원자는 튕겨져 나가기 때문에 기존 박막보다 일정한 굵기로 막을 형성할 수 있다.
전 교수는 이미 메모리 반도체 공정 많은 부분에서 ALD가 활용되고 있다고 설명했다.
그는 “ALD는 D램에서 데이터를 저장하고 흘려보내는 역할을 하는 캐패시터를 더 정교하고 미세하게 만드는 데 쓰인다”며 “96단 이상 초고층 낸드플래시에서는 칩 가장 아랫단까지 전극 역할을 하는 텅스텐을 골고루 꼼꼼하게 넣을 수 있다”고 전했다.
ALD의 단점으로 꼽히는 생산성 문제도 개선이 이뤄지고 있다. ALD 공법은 꼼꼼하게 박막을 형성할 수 있다는 장점이 있지만 시간이 오래 걸린다는 단점이 있다.
전 교수는 “웨이퍼를 한꺼번에 넣어 박막을 형성하는 배치(batch) 타입, 웨이퍼를 움직이면서 박막을 진행하는 스패셜(spatial) 타입 공법이 활발하게 개발되고 있다”고 전했다.
응용 분야도 개발되고 있다. 김우희 한양대학교 교수는 “원자층을 식각에 활용하는 원자층식각공법(ALE), 원하는 웨이퍼 표면에만 원자층 증착을 하는 공법 등이 연구되고 있다”고 전했다.
이날 메카로-ALD 아카데미는 ALD 공법을 처음 접하는 업계 관계자와 대학생들을 대상으로 한국반도체디스플레이기술학회가 주최했다. ALD에 반드시 필요한 프리커서 제품을 국산화한 메카로가 후원했다.
강해령기자 kang@etnews.com
