반도체 제조 공정에서 박막을 형성하는 증착(Deposition) 기술은 소자의 성능과 신뢰성을 결정짓는 중요한 요소입니다. 대표적인 증착 방식으로 CVD(Chemical Vapor Deposition, 화학 기상 증착)과 PVD(Physical Vapor Deposition, 물리 기상 증착)이 있으며, 각각의 방식은 특정 반도체 공정에서 핵심적인 역할을 합니다. 본 글에서는 CVD와 PVD 기술의 차이점, 장단점, 주요 응용 분야를 분석하고, 차세대 반도체 공정에서 두 기술이 어떻게 활용될지 살펴보겠습니다.
CVD와 PVD란 무엇인가? 기본 개념 정리
1. CVD (Chemical Vapor Deposition, 화학 기상 증착)
CVD는 반응성 가스를 기판(웨이퍼) 표면에 화학적으로 반응시켜 얇은 박막을 형성하는 방식입니다.
- 가스를 이용해 균일한 박막 형성이 가능
- 미세 공정(2nm 이하)에서 적용 가능
- 3D NAND, FinFET, GAA 트랜지스터 등에 활용
CVD 기술의 주요 방식
- LPCVD (Low Pressure CVD): 저압 환경에서 균일한 박막 형성
- PECVD (Plasma Enhanced CVD): 플라즈마를 이용해 저온에서도 증착 가능
- ALD (Atomic Layer Deposition): 원자층 단위로 박막을 형성하는 정밀한 방식
2. PVD (Physical Vapor Deposition, 물리 기상 증착)
PVD는 고온에서 금속이나 절연 물질을 기화시켜 기판 위에 물리적으로 응축·증착하는 방식입니다.
- 전도성 금속 박막(배선, 전극 형성)에 유리
- 고온 환경에서도 균일한 증착 가능
- 반사 방지 코팅(AR), MEMS(미세전자기계 시스템) 등에 활용
PVD 기술의 주요 방식
- 스퍼터링(Sputtering): 플라즈마를 이용해 금속을 분사하여 증착
- 전자빔 증착(E-beam Evaporation): 전자빔을 사용하여 물질을 기화해 증착
- 열 증착(Thermal Evaporation): 높은 열을 가해 물질을 기화시켜 증착
CVD vs PVD: 차이점 비교 분석
| 비교 항목 | CVD (화학 기상 증착) | PVD (물리 기상 증착) |
|---|---|---|
| 증착 원리 | 화학 반응을 이용한 증착 | 금속 기화를 통한 물리적 증착 |
| 박막 균일성 | 매우 균일함 | 특정 방향성(비균일 가능성 있음) |
| 공정 온도 | 중·고온 (300~900℃) | 저온~고온 (100~1200℃) |
| 적용 가능 공정 | 초미세 공정(2nm 이하), 3D 구조 | 금속 박막, 전극, 반사 방지 코팅 |
| 응용 분야 | 반도체 회로, 절연막, 패키징 | 배선, 전극, 광학 코팅, MEMS |
CVD와 PVD의 주요 응용 분야
1. CVD 기술 적용 사례
- FinFET, GAA 트랜지스터 제조: 균일한 박막 형성이 필수적
- EUV 리소그래피 마스크 제작: ALD(원자층 증착) 기술 활용
- 3D NAND 및 HBM(고대역폭 메모리): 다층 적층 공정에 필수
2. PVD 기술 적용 사례
- 반도체 배선(Interconnect) 형성: 구리(Cu), 티타늄(Ti) 등 금속 배선 증착
- 반사 방지 코팅(AR, Anti-Reflection Coating): 디스플레이, 광학 센서 제조
- MEMS(미세전자기계 시스템): 마이크로 센서, 나노 디바이스 제작
반도체 장비업계에서 CVD vs PVD, 주요 기업 경쟁력 분석
1. CVD 장비 주요 기업
- AMAT(어플라이드 머티리얼즈, 미국): LPCVD, PECVD, ALD 장비 글로벌 1위
- TEL(도쿄일렉트론, 일본): ALD 및 LPCVD 기반 장비 공급
- ASM International(네덜란드): ALD 장비 글로벌 선도 기업
- 원익IPS(한국): PECVD, LPCVD 장비 개발 및 공급
- 주성엔지니어링(한국): ALD 기반 차세대 CVD 장비 개발
2. PVD 장비 주요 기업
- AMAT(어플라이드 머티리얼즈, 미국): 스퍼터링 및 열 증착 장비 시장 주도
- TEL(도쿄일렉트론, 일본): PVD 및 플라즈마 코팅 장비 개발
- 에스에프에이(SFA, 한국): 반도체 및 디스플레이 PVD 장비 제조
- ULVAC(일본): 고진공 PVD 장비 개발
✅ 결론: CVD vs PVD, 반도체 제조에서 필수적인 증착 기술
- CVD는 초미세 반도체 공정에서 균일한 박막 형성을 위해 필수적이며, ALD 기술과 함께 발전할 것
- PVD는 금속 박막, 배선, 전극 형성 등에 특화되어 있으며, 반사 방지 코팅 및 MEMS 제조에서도 중요
- 향후 CVD와 PVD는 각자의 강점을 바탕으로 반도체 제조 공정에서 더욱 긴밀하게 활용될 것으로 전망