반도체 전 공정, 증착 공정(Deposition)에 대해 알아봅시다.

이번 포스팅에서는, 반도체 산업 기술의 핵심 분야 중 하나인 증착(Deposition) 공정에 대해 포스팅해보고자 합니다.

 

반도체를 비롯한 여러 기술 산업에서 핵심적인 역할을 하는 Deposition 박막 혹은 증착이라고 불리는 이 공정은, 우리가 일상생활에서 사용하는 다양한 전자기기의 성능을 결정하는데 아주 중요한 반도체 공정 중 하나입니다. (사실 반도체 제조에 직접적으로 관여하는 전 공정에서 중요하지 않은 공정은 없습니다.)

 

 

증착 공정 정의 및 이해

증착 공정은 매우 얇은 층(박막)을 원하는 타겟 위에 형성하는 기술로, 주로 반도체, 태양전지, 디스플레이 및 광학 기기 등의 제조 공정에 필수적으로 포함되어 있습니다. 이 공정을 통해, 전자회로의 미세한 구조를 형성하거나, 특정 물리적, 화학적 성질을 갖는 코팅을 추가함으로써 최종 제품의 기능을 향상시킬 수 있습니다.

 

증착 공정에는 크게 2가지 방법이 사용됩니다. (세부적으로 가면 3~4가지 까지 됩니다.)

1. 물리적 증착공정이라 불리는 PVD

열 혹은 고압 등의 물리적인 충격 반응을 통해 박막을 증착하는 방식입니다. 열 증착(Thermal Evaporation)과 전자빔 증착(E-beam Evaporation)등이 대표적인 방법이라고 볼 수 있습니다.

 

2. 화학적 증착공정이라 불리는 CVD

기체 상태의 가스 등을 분사하여 화학반응을 통해 박막을 증착하는 방식 입니다. 화학반으응로 생성된 입자가 웨이퍼 표면에 증착되는 방식으로 미세단위 공정으로 진행될수록 대부분의 증착방식은 CVD 화학 증착 방식을 택하고 있습니다. 얇은 막을 미세한 단위로 공정 컨트롤을 할 수 있습니다.

 

반도체는 얇은 막의 수많은 층으로 구성되어 있는데, 이러한 수십 수백겹의 층은, 증착 공정을 통해 형성된다고 이해하시면 됩니다. 예시로, 회로끼리 단을 분리하는 절연막, 회로간 연결을 하는 배선층, 회로를 보호하는 보호막 등의 여러가지 부분이 증착 공정을 통해 만들어 집니다. 

 

반도체 산업에서의 증착 공정

반도체 산업에서는 증착 공정을 통해 실리콘 웨이퍼 위에 여러 가지 재료를 정밀하게 증착합니다. 이렇게 형성된 다양한 층은 전기적 특성을 조절하고, 트랜지스터와 같은 반도체 소자의 기능을 가능하게 합니다.

예를 들어, 금속 증착은 전기적 연결을 위해 필수적이며, 절연체 증착은 소자 간의 전기적인 차단막을 형성하게 만듭니다.

 

주로 진공 상태 사용하며, 오염물을 1차적으로 제거한 후에 공정이 이루어집니다. 이때 사용되는 가스는 반응성이 강한 플루오린계 가스를 사용하여 챔버내 존재할 수 있는 불순물들을 제거한 후에, 웨이퍼 위에 박막을 형성하기 시작합니다.

 

 

증착 기술의 최신 동향

반도체 소자의 크기가 점점 작아지기 때문에 증착 공정의 정밀도도 같이 요구되고 있습니다. 최근에는 더욱 정밀하고 효율적인 증착 기술이 필요해지면서, 원자층 증착(ALD), 분자층 증착(MLD) 같은 고급 기술들이 개발되었습니다. 이 기술들은 나노미터 단위의 정밀도로 증착을 허용하여, 반도체 소자의 성능을 극대화하고 에너지 효율을 높이는 데 크게 기여하고 있습니다. 최근의 증착기술은 ALD를 선호하는 추세 입니다. 국내외에 다양한 기업들이 ALD 장비를 만들기 위해 많은 노력을 기울이고 있습니다. ALD는 Atomic (원자) 단위로 박막을 형성하는 방법으로 미세단위의 반도체를 제작하기 위한 필수 기술 공정이라 할 수 있겠습니다.

 

증착 공정의 최적화 전략

공정의 효율성을 극대화하기 위해서는 증착 속도의 변수인 온도, 압력과 같은 공정 요인들을 세심하게 조절해야 합니다. 또한, 사용하는 재료의 품질과 순도도 매우 중요한 요소입니다. 고급 재료와 첨단 기술을 활용하는 것 외에도, 공정 중 발생할 수 있는 오염이나 결함을 최소화하기 위한 챔버내 청정도 관리가 필수적입니다.

 

 

추천 증착 기술 기업

이 분야에서 눈에 띄는 선도 기업으로는 Applied Materials, Lam Research, Tokyo Electron 등이 있습니다. 이들 기업은 혁신적인 증착 기술과 더불어, 고객 맞춤형 솔루션을 제공하여 반도체 증착 공정 장비를 주도하고 있습니다.

 

국내에서는 원익IPS, 주성엔지니어링, 유진테크, 테스 등의 기업이 있으며, ALD 분야에서는, 해외 기업인 네덜란드의 ASM international이 점유율 1위를 보이고 있습니다.

 

증착 공정은 앞으로도 지속적인 연구와 기술 개발이 요구되는 분야입니다. 나노기술의 발전과 더불어, 이 공정이 미래 산업에 미치는 영향은 더욱 커질 것으로 예상되며, 이에 따라 새로운 기술의 개발이 지속적으로 이루어질 것으로 기대하고 있습니다. 

 

증착 장비에 대한 이해를 높이기 위해선, 반도체 8대공정 교육 이수 등을 통해 실제 웨이퍼에 박막을 형성하고 어떤 요인들이 변수로 작용하는지 배운다면 이러한 기업들에 취헙하는데 많은 도움이 될 것입니다. 금속 및 신소재, 전자전기 공학, 화학공학 등의 전공자들을 주로 채용하고 있으며, 추천 자격증으로는 전기기사, 화공기사, 금속재료기사 등이 있습니다.