유기금속 화학적 중착장비
반도체 제조 과정중 실리콘 기판 위에 각종 화학물질을 입히는 작업을 증착 공정이라 한다. 그리고 이러한 증착 공정은 물리적증착(PVD)장비 또는 화학적증착(CVD)장비에 의해 수행된다.
최근의 이 분야 기술 추세는 과거 PVD에 의해 수행되던 각종 공정들이 점차 CVD쪽으로 이전되고 있으며 이에 따라 CVD 관련 기술의 발전 속도가 눈에 띄게 빨라지고 있는 상황이다.
이런 가운데 최근 개발되기 시작한 유기금속 화학적증착(MOCVD:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)장비는 기가(G)급 이상 차세대 메모리 반도체 제조에 들어갈 최신 CVD장비로 손꼽힌다.
MOCVD는 기존 D램 제조용 화학증착 물질인 실리콘계 재료 대신 강유전체 및 고유전체의 특성을 지닌 BST계열(바륨, 스트론튬, 티타늄)의 화합물을 사용, 증착 신뢰성을 획기적으로 향상시킨 첨단장비다.
현재 D램의 유전막 증착 물질로 사용되는 실리콘산화막(bPO₂)이나 실리콘질화막(bP₃N₄)은 유전율이 매우 낮아 2백56MD램 이상의 고집적 반도체 제조에 적용할 경우 목표로 하는 셀 사이즈를 구현할 수 없을 뿐 아니라 기술적인 한계와 공정 단계의 증가로 생산성이 낮아지고 비용이 높아져 차세대 반도체 생산에는 부적합하다는 게 반도체 전문가들의 지적이다.
이같은 문제를 해결하기 위한 방안으로 등장한 것이 바로 실리콘산화막보다 유전율이 1백배 이상 높은 BST물질을 사용, 반도체 유전막을 증착하는 MOCVD 공정 기술이다.
MOCVD 공정을 적용할 경우 입체 구조의 커패시터 증착으로 칩 사이즈를 대폭 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공정 균일도가 우수하고 기판이나 결정 표면의 손상을 최소화할 수 있는 장점을 지녔다.
또한 빠른 성막 속도를 구현함으로써 공정 시간의 단축이 가능하고 제조 단계도 40% 정도 축소할 수 있는 등 제조 비용 절감 및 생산성 향상효과를 거둘 수 있어 2백56MD램 이상 반도체 제조에서부터는 MOCVD장비가 필수품이 될 것이라는 게 업계 관계자들의 전망이다.
실제로 현대전자와 LG반도체의 경우 최근 수년간 MOCVD장비의 현장적용 시험평가 및 자체 성능 개선을 추진해 왔으며 2백56M 또는 1기가 D램의 시제품 생산라인에 이를 곧 채용할 방침인 것으로 알려지고 있다.
이에 따라 아펙스, 어플라이드머티리얼즈, 노벨러스 등과 같은 국내외 주요 CVD업체들은 차세대 시장을 겨냥한 MOCVD장비의 개발 및 출시를 서두르고 있다.
국내 반도체 장비업체인 아펙스는 지난 95년 한국전자통신연구원(ETRI)과 공동으로 MOCVD를 최초로 개발한 데 이어 최근에는 국내 소자업체들과 함께 BST 박막증착용 MOCVD 개발에도 성공했다.
세계 최대 장비업체인 어플라이드머티리얼즈는 자사 특유의 플라즈마 처리 기술을 통해 증착 신뢰성을 극대화한 티타늄계 MOCVD장비를 최근 출시했으며 화학적증착장비 전문업체인 노벨러스도 각종 금속막 증착용 MOCVD장비를 선보이고 있다.
또한 저압화학적증착(LPCVD)장비 개발 업체인 주성엔지니어링도 CVD장비 사업 다각화의 일환으로 MOCVD장비를 개발 추진중이다.
국내 장비업계 한 관계자는 『차세대용 MOCVD장비는 미국 어플라이드나 일본의 NEC 등이 실험실 수준의 제품 개발에 머무르고 있을 정도로 고난도 기술이고 현재까지 이 분야 강자가 아직 없는 관계로 국내에서 양산 제품이 개발될 경우 이에 따른 경제적 파급효과는 매우 클 것』으로 내다봤다.
한편 내년부터 본격 도입되기 시작할 MOCVD장비는 대당 20억원을 웃도는 고가 제품으로 월 3만장 규모의 웨이퍼 가공라인에 평균 15대 정도가 채용될 것으로 보여 향후 연간 5천억원 규모의 시장을 형성할 것으로 전망된다.
<주상돈 기자>