ALD, 원자를 이용해 박막을 만드는 방법

반도체/공정분석

1.트랜지스터가 점유하는 체적을 지속적으로 축소시키기 위해서는 표면을 둘러싸고 있는 막의 두께를 줄여야 함.

2.반면, 박막 내 막질 조성과 트랜지스터의 전기적 특성은 갈수록 우수해져야 함

3. 막의 두께가 두꺼워야 신뢰성이 높아지고 공정을 진행하기도 수월함

4. 하지만 테크놀로지가 고도화되면서 커페시터나 게이트 옥사이드와 같이 대부분의 구조는 오히려 얇아져야 하는 모순이 발생하게 됨

5. 현재는 박막을 만들 때 CVD, PVD 등을 적용해야 하는데, 이러한 기법들은 두께를 단단위 나노미터로 얇게 하는 데에 한계를 가지고 있음.

6. 따라서 원자층을 한층 한층 쌓아 올려 막을 형성하는 ALD라는 적층방식을 사용함

7. 반도체 박막을 만드는 방법으로는 대표적으로 두 가지가 있음.

8. 화학적인 방법으로 절연막(혹은 금속막) 등을 형성하는 CVD(Chemical Vapor Deposition)와, 물리적인 방법으로 금속막을 이루게 하는 PVD(Physical Vapor Deposition)

9.그 밖에 산소를 이용한 산화막 및 막을 구성시킬 용액을 분사시킨 웨이퍼를 회전시켜 형성하는 SOG가 있고, 용액을 분해시켜 전기적으로 구리막을 형성하는 다마신방식 등이 있음.

10. 최근에는 막의 얇은 두께와 신뢰성을 동시에 만족시킬 수 있는 ALD(Atomic Layer Deposition) 기법을 선호하는 추세입니다. ALD는 DRAM의 커패시터, 게이트 옥사이드, 메탈 베리어(Metal Barrier), 특히 NAND의 3D(Cell Stacking 구조)를 구성하는 가장 중요한 절연막/금속막에 쓰이고 있음

11. 반도체 테크놀로지가 고도화된다는 것은 회로의 금속 배선 폭이 줄었다는 것이고, 혹은 게이트 단자의 길이가 축소되었다는 의미를 가짐

12. 좀 더 구체적으로는 소스 단자와 드레인 단자 사이의 채널 길이가 점점 가까워진다는 뜻으로, 이런 현상을 집적도가 향상되었다고 표현함

13. 집적도 향상을 위해서는 공정에서 박막의 두께를 줄이거나, DRAM 커패시터의 종횡비(구조적으로 밑변 대비 높이에 대한 비율)를 높입니다. (물론 선 폭의 길이를 줄이는 것도 매우 중요하답니다)

14. 이에 따라 증착이 중요해지는 만큼, 증착 장비의 변신이 최대의 화두가 되고 있음.

15. 그런데 증착 기술의 커다란 변곡점은 테크놀로지 노드 90nm와 30nm에서 있었고, 앞으로 10nm 노드에서 또 한 번 요동칠 것.

16. 선폭이 30nm를 전후하여 증착법은 PVD, CVD에 이어 ALD로 변신을 하고 있으며, 특히 각 공법에서는 PECVD, PEALD 등 플라즈마의 접목이 활발해지고 있음.

17. 엄밀하게는 ALD도 분자가 화학적 변화를 겪는다는 면에서 CVD의 파생기술로 볼 수 있는데, CVD에 비해 혁신적으로 발전된 기술.

18. 소스와 드레인의 간격이 30nm 이하일 때는 게이트 옥사이드나 DRAM 커페시터의 절연막 두께를 Xnm에서 1nm 이하(0.Xnm)로 줄여야 함

19. 막 두께의 미세한 조정이 어려운 CVD나 PVD 방식은 고도화된 테크놀로지가 원하는 극한의 얇은 막을 만들어내기 힘듬.

20.박막 두께 조정의 측면에서 CVD나 PVD는 아날로그 방식이고, ALD는 디지털 방식이라고 보면 됨

21. 초창기 ALD는 ALE(atomic layer epitaxy)란 이름으로 1970년대에 핀란드에서 원자층을 성장시켜 적층하는 방식으로 개발되었음.

22. ALE는 여기서 더 발전해 ALD라는 이름으로 반도체에 적용하기 시작함.

23. 원자층을 적층하는 방법은 말 그대로 원자 정도의 두께로 박막층을 한 층 한 층 형성해가는 자기 제한적 표면처리 공법.

24. 자기 제한적 표면처리란 웨이퍼 프로세싱 시에 아무리 소스를 많이 공급을 해도 원자층은 1개 층만 쌓인다는 것을 의미함

25. 1Cycle에 1개 층만 허용되므로 프로세스 회수를 계산하면 적층된 원자들의 층수를 알 수 있고, 원자들의 층수를 알면 막의 전체 두께가 쉽게 관리되는거임

26. 그러므로 ALD는 얇은 층을 만드는 데 있어서, 앞으로 화학적 방식인 CVD나 물리적 방식인 PVD의 응용분야 중 많은 영역을 대체할 수 있는 획기적인 방식이라고 할 수 있음.

27. ALD는 개발된 이후 산업분야에서 미미하게 적용되다가, 우리나라가 처음으로 반도체 분야에 응용하기 시작했는데, 현재 세계적으로 ALD 기술은 SK하이닉스나 삼성이 가장 앞서 나가고 있음


신성델타가 뒤늦게 2차전지 양극재 음극재 시장에 진출할 것이 아니라면


이건 분명 초전도체박막 만드는거다


*초전도체(RTSC) 알고난 뒤 Epitaxy ALE ALD PVD CVD

공부 많이 한다. ㅋㅋ