해피레포트 - [나노강국을 건설하자]1부-(7)나노반도체장비 `ALD`

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[나노강국을 건설하자]1부-(7)나노반도체장비 `ALD`

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나노스케일의 박막 증착 장비 원자층증착(ALD:Atomic Layer Deposition) 일반적으로 100 나노 이하를 나노 단위의 공정으로 본다. 반도체소자에서 나노기술이 본격적으로 적용될 시기를 반도체 소자가 90 나노, 70 나노 이하의 소자를 만들게 될 때를 시작으로 보는 견해가 많다. 나노반도체 시대에 소자를 만들기 위한 공정은 지금의 공정보다 더 정밀해야 한다. 박막 증착공정의 측면에서 현재 ALD가 가장 나노시대에 적합한 기술로 평가되고 있다. 이 때문에 나노반도체시대에 돌입하면서 ALD에 대한 관심이 전세계적으로 높아지고 있다. 특히 ALD장비시장은 한국 기업들이 다수의 특허를 보유하고 있어 세계 ALC기술시장에서 주도적인 역할을 할 것으로 기대된다. 사실 우리나라가 원자층증착(ALD)의 기초특허를 보유하고 있지는 않다. ALD는 반도체 제조공정 중 단원자층의 화학적 반응을 이용한 나노박막증착기술로 73년 핀란드 헬싱키대학의 선톨라 교수팀이 처음 연구를 시작했다. 관련 원천특허는 마이크로케미스트가 보유하고 있으나 이미 특허기간이 끝나 공개 기술로 전환된 상태다. 이 때문에 이후 이 기술을 바탕으로 우리나라 기업들이 반도체 미세공정에 ALD를 활용하는 방안에 대한 연구에 들어갔고 이를 계기로 우리는 ALD 종주국의 대열에 올라 있다. 지금까지는 가스의 화학반응으로 형성된 입자들을 웨이퍼 표면에 증착시키는 화학기상증착(CVD) 공정이 주로 사용됐다. 그러나 90㎚ 이하 공정에서는 불순물을 최대한 억제하면서 균일한 두께로 박막을 형성할 수 있는 ALD 공정이 주로 사용되고 있는 추세다. ALD는 화학적으로 달라붙는 현상을 이용해 웨이퍼 표면에 분자를 흡착시킨 후 치환시켜 흡착과 치환을 번갈아 진행하기 때문에 초미세 층간(layer-by-layer) 증착이 가능하고 산화물과 금속박막을 최대한 얇게 쌓을 수 있는 특징이 있다. 또 CVD보다 낮은 온도(500도 이하)에서 우수한 막질을 형성할 수 있어 시스템온칩(SoC) 제조에 적합하다는 것이 큰 장점이다. 이 분야를 선도하는 기업은 삼성전자·아이피에스·주성엔지니어링·지니텍 등으로 ALD 장비·재료를 개발해 상용화에 성공했다. 뿐 만 아니라 핵심기술을 외국으로 수출, 종주국의 대열에 올라 있다. 이 같은 종주국의 위상을 반영하듯 파일럿 장비는 물론 양산장비도 우리 기업이 최초로 개발해 놓은 상태다. 특히 곧바로 대량생산에 적용할 수 있는 양산장비의 개발은 검증을 거쳐 그 시장을 주도할 수 있다는 점에서 큰 의미를 갖고 있다. 아이에스피는 이미 200밀리, 300밀리 웨이퍼용 양산용 장비를 개발해 공동개발자인 삼성전자에 공급하고 있다. 또 소니, 엘피다, 인피니온 등 해외 6개국에 파일럿 장비를 수출한 상태다. 주성엔지니어링도 올해 초 200밀리 웨이퍼용 ALD장비를 출하한 데 이어 내년 상반기에 300mm 웨이퍼용 ALD응용기기 장비를 출시할 계획이다. 이들 제품은 모두 90나노급 이하 공정으로 D램을 생산하는 데 핵심적 역할을 할 것이 확실시돼 나노 반도체시대를 선도하는 주역으로 급부상하고 있다. <심규호기자 khsim@etnews.co.kr> ◆ 이들이 뛴다 - 아이피에스 아이피에스(대표 장호승 www.ips-tech.com)는 전세계에서 ALD 양산용 장비를 가장 먼저 개발해 상용화의 불을 당긴 업체다. 지난 96년부터 삼성전자와 손잡고 관련 장비 개발에 몰두해 98년 파일럿용 장비를 세계 최초로 개발했다. 사실 ALD를 CVD를 대체할 기술로 생각해 냈다는 자체만도 획기적인 것이다. 이 회사 이태영상무는 “아이피에스는 사실상 양산장비를 출하하면서 ALD 상용화의 가능성을 제시했다”며 “현재 삼성전자 뿐 아니라 해외 6개국에 9개시스템을 공급하고 있다”고 자랑했다. 삼성전자와 아이피에스는 90년대 초반부터 ALD에 관심을 갖고 연구개발을 계속했다. 그 성과는 2001년부터 세계 반도체업체들에게 인정받으면서 나타났다. 하지만 2001년부터 불어닥친 반도체경기 하락은 아이피에스에 치명적인 상처를 입혔다. 2002년 독일 D램업체인 I사에 수출이 이뤄지면서 아이피에스의 ALD분야 기술력은 다시 빛을 발하기 시작했다. 더욱이 세계 반도체전문시장조사기관에서 ALD장비가 큰 흐름이 되고 있다는 분석이 나오고 있어 아이피에스로서는 한층 힘이 붙은 상태다. 아이피에스 장호승사장은 “ALD장비분야에서 한국 장비업체들이 한발 앞서 나가고 있는 것은 사실이지만 선진국들과의 경쟁 또한 만만치 않다”며 “아이피에스는 삼성전자와 더불어 이 분야 특허를 가장 많이 확보하고 있는 만큼 이를 바탕으로 세계 최고 수준의 반도체장비업체로 성장할 수 있는 토대를 만들어 나갈 것”이라고 밝혔다. ◆ 국내 ALD 전문가들 국내외에서 많은 전문가들이 ALD의 기술적 진보와 실용화를 위해 뛰고 있다. 삼성전자 강호규박사는 ‘하프늄 산화막(HfO

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