[공학저널 김하영 기자] ALD(atomic layer deposition) 공법은 반도체 제조 증착 공정의 한 공법에서 이제는 다분야 차세대 기술로 각광받고 있다.
반도체 공정은 동그란 웨이퍼 위에 얇은 막을 쌓고 깎는 과정을 수백회 반복하면서 진행된다. 이 때 얇은 막을 쌓는 과정을 증착이라고 하며, 여러 증착 공법이 있지만 이 중 가장 얇고 정교한 코팅이 가능해 각광받는 기술이 바로 ALD다.
기존 증착 공정에서는 주로 화학기상증착법(CVD), 물리적기상증착법(PVD) 공법이 활용되고 있다. 하지만 점차 칩의 크기가 작아지고 고집적화되면서 기존과 다른 더 미세하고 얇은 막이 필요해짐에 따라 ALD가 새롭게 떠오른 것이다.
CVD 공법은 진공 공간과 웨이퍼 표면 모두에 화학 반응이 일어나 막이 쌓이지만 ALD는 표면에서만 반응이 일어나기 때문에 막 두께를 나노미터보다도 얇은 두께로 구현할 수 있다. 또 원자층 형성에 쓰이지 않은 다른 물질은 제거되기 때문에 기존 박막보다 일정한 두께로 막을 형성할 수 있다는 장점이 있다.
기존 방식과 비교해 박막 두께를 미세하고 균일하게 조절할 수 있는 것이 특징적이지만 그간 생산성의 문제로 양산 과정에서는 큰 활약을 보이지 못했다.
이렇게 반도체 부문에서 가장 먼저 상용화된 ALD 공법이 최근에는 디스플레이, 에너지, 바이오 부문으로 확대되며 하나의 산업을 구축하려는 움직임을 보이고 있다.
바로 플렉서블 OLED(유기발광다이오드)와 폴더블, 롤러블 등 차세대 OLED 디스플레이 분야에서 ALD 기술을 수분과 산소에 취약한 OLED 유기물을 보호하는 봉지공정에 활용할 수 있기 때문이다.
기존의 CVD 공법과 비교해 더 얇은 무기막을 형성할 수 있고, 곡률반경도 더 작게 꺾을 수 있으며 폴더블 패널을 구부렸다 펴기를 반복해도 봉지막을 튼튼하게 유지할 수 있다.
더불어 반도체, 디스플레이 뿐만 아니라 에너지, 바이오 분야에서도 ALD 공법을 적용하려는 추세다. 정밀 태양광 모듈 처리와, 임플란트, 스텐트 등 생체에 삽입되는 금속 재료의 표면 처리 과정에서 원하는 물질을 균일하게 코팅하려는 수요가 있는 것이다.
이에 따라 국내에서도 ALD 기술력을 가진 기업들이 성장하고 있으며, 관련 시장 규모도 점차 커지고 있다.
카이스트 신소재공학과 박상희 교수(사진)는 ALD 기술력 자체를 높이는 것은 물론 새로운 애플리케이션, 소재를 찾아 ALD 기술이 활용될 수 있는 분야를 넓히는 것이 중요하다고 강조했다.
ALD 산업의 활성화를 위해서는 새로운 소재를 통한 다각적인 연구·개발이 이뤄져야 한다는 것이다. 이미 해외에서는 관련 연구가 활발하게 이뤄지고 있지만 국내에서는 아직까지 기업, 연구가 활발히 이뤄지고 있지는 않다.
선도기업이 뚜렷하지 않은 만큼 반도체·디스플레이 분야를 비롯한 새로운 분야, 소재 개발 선점을 통해 국내 ALD 산업의 활성화를 모색할 수 있다는 것이 그의 의견이다.
이에 박 교수는 ALD 장비를 활용해 산화물 반도체를 포함한 핵심 전자소자, 센서 애플리케이션을 개발하기 위한 연구를 진행하고 있다.
최근에는 모바일 기기의 보안 수준을 높이는 생체인증 센서 개발 및 코비드 19에 활용할 수 있는 기술에 대한 긍정적인 결과도 보이고 있다.
박 교수는 “ALD 장비를 다양한 산업에서 적극 활용할 수 있도록, 지속적으로 연구하는 것이 연구자로서 가장 큰 역할일 것”이라며 “이 분야 빅플레이어가 나올 수 있도록 지원을 아끼지 않을 것이며, 관련 연구원, 정부 차원에서도 적극적인 지원이 이뤄졌으면 하는 바람”이라고 전했다.
