1. ALD 장치란?
ALD(성막) 장치란, 원자층 퇴적법(영어: Atomic Layer Deposition)에 의해 나노 스케일의 박막을 형성하는 장치입니다. 원자층을 1층마다 성막 하기 때문에, 정밀한 막두께 제어성을 갖고, 치밀하고 높은 단차 피막성을 특징으로 합니다만,
성막 속도가 느리다는 결점도 가지고 있습니다. 장치에는 스테인리스, 알루미늄 등의 진공 챔버 를 갖추어 재료 가스의 공급 파트와 재료 가스를 배출하는 배기 파트, 프로세스를 제어하는 제어 유닛으로 구성됩니다.
2. ALD 장치 사용 용도
ALD 성막은 반도체 생산 공정이나 FPD 생산 공정 등에서 많이 사용되어 최근에는 DRAM 생산에서 빼놓을 수 없는 기술이 되고 있습니다. 또 의료나 일반 산업에의 활용도 볼 수 있습니다.
- 게이트 산화막
트랜지스터, 특히 FET 를 형성할 때 필요한 고유전율을 가진 게이트 산화막으로 사용됩니다. 주로 Al2O3, ZrO2, HfO2 등의 산화막이 사용됩니다. - 배리어막
ALD로 질화막을 성막 하는 것으로, Cu 배선재 등의 천이 금속의 확산 방지를 위해서 사용되어 배선 주변의 금속 오염, 절연 저하를 방지합니다. - 투과 방지막
수지 기재나 유기 EL 패널 등에 대기 중 성분이나 수분의 투과를 방지하기 위해서 사용합니다. 대기중 성분의 투과를 막는 것으로 보호 대상물의 품질 유지, 수명 연장을 실시합니다. - 바이오메디컬
인공관절이나 인공골 등 금속성 인체에 매입하는 제품에 생체적합막을 형성하여 거절반응을 방지합니다. 또한 약물에 코팅에 의한 약물 전달에도 사용됩니다.
3. ALD 장치의 원리
ALD 성막의 원리는 진공 챔버에 프리커서(전구체, 유기 금속 재료)와 산화원, 혹은 질화원, 다른 프리커서 등을 교대로 도입함으로써, 성막 대상물에 프리커서가 흡착한 후에 산화 또는 질화 등을 시켜 막을 형성합니다.
이 사이클 1회로 원자층이 1층 형성되어, 이것을 복수회 반복하는 것으로 원하는 막을 퇴적시킬 수 있습니다. 이 횟수를 제어하는 것으로 막 두께가 변화하기 때문에, 막 두께 제어성이 높은 것이 특징입니다.
ALD 성막의 공정에서 중요한 것은 각 퍼지 공정에서 프리커서, 혹은 산화원을 높은 진공역까지 폐기하는 것으로, 한쪽이 잔류하면 다른 쪽을 도입했을 때에 기상 반응을 나타내, 막두께의 제어성, 불순물 잔류 등 막질에 나쁜 영향을 미칩니다.
이 프리커서와 산화원, 혹은 질화원 등과의 반응 에너지를 보충하고 높은 효율로 성막 하기 위해 기반을 가열하거나(서멀 ALD), 플라즈마로 어시스트(플라즈마 ALD)하는 경우가 있습니다.
ALD 성막에서는 다수의 프리카서, 유기금속 재료를 이용합니다만, 인체에의 악영향이나 발화성이 높은 재료가 많기 때문에, 취급에는 전문의 지식을 필요로, 세심한 주의가 필요합니다.
4. ALD와 CVD, PVD 기술의 차이
CVD는 Chmical Vapor Deposition(화학적 기상 성장), PVD는 Physical Vapor Deposition(물리적 기상 성장)의 이니셜을 따서 명명한 성막 기술입니다.
ALD는 가스를 이용하고 있기 때문에 CVD의 일종이라고도합니다. 그러나 가스가 분해됨으로써 생성되는 SiO2, SiNx와 같은 화합물이 먼지처럼 퇴적해 가는 CVD와 달리 ALD는 1층씩 제어하면서 성막이 가능하다는 점이 ALD와 CVD 간의 큰 차이입니다.
PVD는 성막에 이용하는 수법이 가스가 아니라 물리적인 수법을 이용하여 성막을 실시하는 기술입니다. PVD에서는 진공상태에서 성막물질에 대해 가열, 스퍼터링, 이온빔 조사, 레이저 조사를 함으로써 성막물질을 입자상태로 증발·비산 시켜 대상물에 부착·퇴적을 시키는 방법입니다.
ALD를 이용하여 성막을 실시하는 경우, CVD와 PVD로 성막을 하는 경우와 비교하여, 종횡비(폭이 좁고 깊이가 있는 것을 높은 종횡비가 높다고 합니다)의 높은 구조물에 대한 성막이 가능합니다. 특히 100nm 이하의 사이즈 구멍에 대해 성막 할 때 ALD 기술이 뛰어난 피막 능력을 발휘합니다. 그 밖에도 작은 구멍(포러스)이 다수 존재하는 물체에 대해서도 ALD의 가스는 깊이 들어가 성막할 수 있기 때문에 매우 피막 능력이 높은 기술이라고 할 수 있습니다.
5. ALD 장비의 세계 시장
ALD(원자층 성장법)의 글로벌 시장은 2025년까지 30억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.
현재 박막 성형 시장은 CVD가 시장 점유율의 대부분을 차지하고 있습니다. 그 중에서도 ALD 기술은 반도체 디바이스의 제조 프로세스 중에 매우 중요한 역할을 담당하고 있는 것 외에 고 증착 성능, 생산 속도도 비교적 높은 기술이 되고 있습니다. 따라서 ALD 기술은 앞으로도 독자적인 중요성을 구축하면서 계속해서 신장을 계속해 나가는 시장으로 생각되고 있습니다.
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