반도체 제조 공정에서 박막을 형성하는 증착(Deposition) 기술은 트랜지스터, 배선, 절연막 등을 제작하는 데 필수적입니다. 대표적인 증착 기술로는 ALD(Atomic Layer Deposition, 원자층 증착)과 CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학 기상 증착)이 있으며, 특히 초미세 반도체 공정(3nm 이하)과 3D 반도체에서 두 기술의 활용도가 높아지고 있습니다. 본 글에서는 ALD와 CVD의 차이점, 각 기술의 장단점, 주요 응용 분야 및 반도체 장비업계에서의 경쟁력을 분석해 보겠습니다.
ALD와 CVD란? 기본 개념 정리
ALD (원자층 증착) 기술의 개요
ALD는 기판 위에 원자층 단위로 박막을 형성하는 방식으로, 고도로 균일한 박막 형성이 가능합니다. 이 방식은 증착 속도가 느리지만, 박막의 균일성이 뛰어나 초미세 반도체 공정(3nm 이하)에서 필수적인 기술로 자리 잡고 있습니다. 특히 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터, 3D 반도체, 전력 반도체 등 정밀한 박막이 요구되는 공정에서 사용됩니다.
CVD (화학 기상 증착) 기술의 개요
CVD는 반응성 가스를 웨이퍼 표면에서 화학반응을 일으켜 연속적으로 박막을 형성하는 방식입니다. ALD에 비해 증착 속도가 빠르고 넓은 면적을 한 번에 증착할 수 있어 대량 생산이 필요한 메모리 반도체, 3D NAND, 디스플레이 제조에서 많이 사용됩니다.
ALD와 CVD의 주요 차이점
ALD는 원자층 단위로 정밀하게 증착하는 방식이라 균일한 박막 형성이 가능하지만, 공정 속도가 상대적으로 느립니다. 반면, CVD는 빠른 속도로 연속적인 증착이 가능하지만, 박막의 균일성은 ALD보다 낮을 수 있습니다. 또한 ALD는 저온 공정에서도 활용할 수 있어 EUV(극자외선) 리소그래피와 호환성이 뛰어나지만, CVD는 비교적 높은 온도에서 공정이 이루어지는 경우가 많습니다. 이러한 차이점 때문에 ALD는 초미세 반도체 공정과 트랜지스터 제조에 적합하고, CVD는 메모리 반도체 및 3D 적층 공정에서 더 많이 활용됩니다.
ALD와 CVD의 주요 응용 분야
ALD 기술 적용 사례
- 3nm 이하 초미세 반도체 공정: GAA 트랜지스터, FinFET 구조에서 균일한 박막 형성이 필수적
- EUV 리소그래피 마스크 제작: 정밀한 박막을 형성해야 하는 공정에서 사용됨
- 전력 반도체(SiC, GaN) 절연막 및 보호막 증착: 고온에서도 견딜 수 있는 박막을 형성하는 데 활용
CVD 기술 적용 사례
- 메모리 반도체 (3D NAND, DRAM) 제조: 고적층 구조의 메모리 반도체에서 균일한 증착이 필요
- 반도체 배선 절연막 및 보호막 형성: 전극과 배선을 보호하는 역할
- 반도체 패키징 및 3D 적층 공정: 대량 생산이 필요한 반도체 공정에서 빠르게 증착 가능
반도체 장비업계의 ALD vs CVD 기술 경쟁력 분석
ALD 장비 주요 기업
ALD 장비 시장에서는 ASM International(네덜란드)이 가장 큰 점유율을 차지하고 있으며, 일본의 TEL(도쿄일렉트론)과 한국의 주성엔지니어링이 ALD 장비 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 한국의 주성엔지니어링은 삼성전자와 SK하이닉스를 대상으로 ALD 장비를 공급하며 기술 경쟁력을 강화하고 있습니다.
CVD 장비 주요 기업
CVD 장비 시장에서는 AMAT(어플라이드 머티리얼즈, 미국)가 글로벌 1위를 차지하고 있으며, 일본의 TEL과 한국의 원익IPS도 CVD 장비 시장에서 중요한 역할을 담당하고 있습니다. 특히, 원익 IPS는 삼성전자 및 SK하이닉스와 협력하며 PECVD 및 LPCVD 장비의 국산화를 추진하고 있습니다.
향후 전망: 차세대 반도체 공정에서 ALD vs CVD의 역할
2nm 이하 초미세 공정에서 ALD 수요 증가
초미세 반도체 공정이 3nm 이하로 발전하면서, 균일한 박막 형성이 가능한 ALD의 수요가 급증하고 있습니다. 특히, GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터 및 EUV 공정에서 ALD의 중요성이 더욱 강조될 전망입니다.
반도체 패키징, 메모리 반도체 제조에서 CVD 활용 증가
CVD는 대량 생산이 필요한 3D NAND, DRAM 등 메모리 반도체 제조에서 여전히 필수적인 공정으로 자리 잡고 있습니다. 특히, 3D 적층 공정이 늘어나면서 CVD의 활용 범위가 더욱 확대될 것으로 예상됩니다.
반도체 장비업계, ALD & CVD 기술 고도화 경쟁 심화
반도체 장비 시장에서 AMAT, TEL, ASM 등의 글로벌 기업과 주성엔지니어링, 원익IPS 등의 한국 기업들이 ALD 및 CVD 기술 개발에 집중하고 있습니다. 특히, 한국 기업들은 ALD와 CVD 장비의 국산화를 추진하며 글로벌 시장에서 경쟁력을 높이고 있습니다.
✅ 결론: 차세대 반도체 공정에서 ALD와 CVD, 서로 다른 역할 수행
- ALD는 초미세 반도체 공정에서 균일한 박막 형성을 위해 필수적이며, EUV 리소그래피 및 2nm 이하 공정에서 중요성이 증가할 것
- CVD는 메모리 반도체, 3D 반도체 공정에서 빠른 증착과 대량 생산을 위해 계속 활용될 것
- 향후 ALD와 CVD 기술의 발전에 따라 반도체 제조 공정이 더욱 정밀해지고, 생산 효율성이 향상될 것으로 전망됨