우리나라의 탄화규소 산업은 엄청난 이점을 가져올 수 있습니다.

 
2021년 들어 실리콘 카바이드 에피택시 분야에서 국내외 기업들이 잇따라 호재 발표를 하고 있다.  
일본의 도요타 츠쇼 주식회사는 2021년 3월 1일, 표면 나노 제어 기술인 '다이내믹 AGE-ing'의 개발에 성공했다고 공식 발표했습니다. 이 기술은 크기와 제조사에 관계없이 모든 SiC 기판의 기저면 전위(BPD)를 1 미만으로 줄일 수 있습니다.  
    그림 1. 도요타 다이내믹 AGE-ing 기술  
공교롭게도 2021년 3월 3일, 한톈톈청전자기술(샤먼) 유한회사는 탄화규소 초접합 심층 트렌치 에피택시의 핵심 제조 공정을 돌파했다고 발표했습니다.  
    .2 탄화규소 초정합 심층 트렌치 에피택시의 주요 제조 공정  
탄화규소 에피택시는 탄화규소 산업 사슬에서 중요한 부분을 차지합니다. 탄화규소 에피택시 기술의 발전이 급속도로 진행됨에 따라, 전체 탄화규소 에피택시 생태계에 어떤 영향을 미칠까요? 하나씩 살펴보겠습니다.  
           

이는 국제적인 탄화규소 에피택시 산업의 판도를 바꿀 수도 있다.

   
탄화규소 산업 사슬은 웨이퍼 준비, 에피택셜 성장, 소자 제조, 모듈 패키징 및 테스트, 시스템 응용 등 여러 중요한 단계로 나뉩니다. 그중에서도 에피택셜 성장은 과거와 미래를 잇는 중요한 연결고리이며 매우 중요한 역할을 합니다.  
    그림 3. 탄화규소 산업 사슬기존 소자는 기본적으로 에피택셜 층 위에 구현되기 때문에 에피택셜 층의 품질 요구 조건이 매우 높습니다. 전압 저항이 지속적으로 향상됨에 따라 에피택셜 층의 필요 두께도 증가하고 있습니다. 일반적으로 전압이 약 600V일 때 필요한 에피택셜 층 두께는 약 6마이크론이고, 1200~1700V일 때는 10~15마이크론에 달합니다. 전압이 10,000V를 초과하면 100마이크론 이상의 에피택셜 층 두께가 필요할 수도 있습니다. 에피택셜 층 두께가 계속 증가함에 따라 두께 및 저항 균일성, 그리고 결함 밀도를 제어하는 ​​것이 점점 더 어려워집니다.  
현재 탄화규소 에피택시의 주류 기술로는 경사 계단 흐름 기술 및 TCS 기술 등이 있습니다.  
소위 경사 절단 스텝 플로우 기술은 탄화규소 기판을 절단할 때 약 8°의 비스듬한 각도로 절단하는 기술입니다. 이렇게 절단된 기판 표면에는 높은 스텝 플로우 밀도가 형성되어 웨이퍼 레벨의 탄화규소 에피택시를 쉽게 구현할 수 있습니다. 현재 경사 스텝 플로우 기술은 비교적 성숙 단계에 있습니다. 그러나 이 기술에는 두 가지 단점이 있습니다. 첫째, 기저면 전위를 차단할 수 없습니다. 둘째, 기판 재료의 낭비를 초래합니다.  
단계 유동 기술의 한계를 극복하기 위해 염소 원소를 포함하는 실리콘 소스를 반응 챔버에 첨가하는 시도가 이루어졌고, 지속적인 개선을 통해 TCS와 같은 기술이 개발되었습니다. 현재 탄화규소 에피택시 기술은 탄화규소 에피택시 장비와 고도로 통합되었습니다. 2014년 이탈리아의 LPE 회사가 TCS를 비롯한 기술을 최초로 상용화했으며, 2017년에는 AIXTRON이 장비를 업그레이드하고 이 기술을 상용 장비에 적용했습니다.  
현재 탄화규소 에피택셜 장비는 주로 이탈리아의 LPE사, 독일의 AIXTRON사, 일본의 Nuflare사가 독점하고 있습니다.  
    .4 글로벌 탄화규소 산업 현황    
       

그림 5. 기존 탄화규소 에피택시 장비 분석

탄화규소 에피택셜 장비의 연평균 복합 성장률은 2023년까지 50%를 넘어설 것으로 예상됩니다.        
      그림 6. 탄화규소 에피택시 장비의 시장 전망    
실리콘 카바이드 에피택시 기술의 부상으로 수십억 달러 규모의 이 산업은 새로운 재편을 맞이할 가능성이 있습니다.  
             

이는 우리나라의 탄화규소 기판 소재 산업을 성숙시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

 
탄화규소는 3세대 반도체 소재의 대표적인 예입니다. 용도에 따라 보석용 탄화규소, 전력 전자 기기용 N형 탄화규소, 전력 무선 주파수 기기용 반절연 탄화규소로 나눌 수 있습니다. 최근 보석용 탄화규소와 반절연 탄화규소 시장이 빠르게 성장하고 있지만, 향후 시장을 주도할 소재는 N형 탄화규소일 것으로 예상됩니다.  
보석용 실리콘 카바이드 및 반절연 실리콘 카바이드 소재와 비교했을 때, N형 실리콘 카바이드 소재는 결정 품질에 대한 요구 조건이 더 높습니다. 이 분야에서 우리나라의 실리콘 카바이드 기판 제조업체들과 크리(CREE)와 같은 국제적인 일류 기업들 사이에는 여전히 일정 격차가 존재합니다.  
도요타가 개발한 다이내믹 AGE-ing과 같은 기술이 우리나라에서 대규모로 적용될 수 있다면, N형 탄화규소 기판 소재의 진입 장벽이 크게 낮아질 것입니다. 중국전자재료산업협회 반도체재료분과 통계에 따르면, 우리나라는 30억 위안 이상을 투자하여 30개 이상의 탄화규소 기판 소재 프로젝트를 착수했습니다. 그러나 결함 등의 기술적 문제로 인해 N형 탄화규소 기판의 생산 능력 확보가 지연되고 있습니다. 탄화규소 에피택시 기술이 핵심적인 돌파구를 마련한다면, 이는 우리나라 탄화규소 기판 소재 기업들의 시장 진출에 봇물이 터지는 것과 마찬가지일 것입니다.    
           

이는 우리나라의 탄화규소 소자 산업을 발전시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

   
우리나라는 30개 이상의 탄화규소 기판 프로젝트에 투자했지만, 시장 수요가 가장 큰 6인치 N형 탄화규소 웨이퍼는 여전히 수입에 크게 의존하고 있습니다. 현재 탄화규소 기판 및 에피택시 공정 비용이 탄화규소 모듈 총비용의 50% 이상을 차지하고 있습니다. 이 문제가 해결되지 않으면 우리나라의 탄화규소 산업이 미국과의 경쟁력을 확보하기 어려울 것입니다.  
시장조사기관 Yole은 탄화규소(SiC) 전력 전자 산업의 발전 가능성이 매우 높으며, ROHM, Bombardier, Cree, SDK, STMicroelectronics, Infineon Technologies, Littelfuse, Ascatron 등 여러 제조업체가 이 분야에 대규모 투자를 진행하고 있다고 밝혔습니다. Yole은 SiC 전력 반도체 시장 규모가 2016년부터 2023년까지 연평균 28% 성장하여 2023년에는 1.4억 달러에 이를 것으로 예측했으며, 2020년부터 2022년까지는 연평균 성장률이 40%까지 상승할 것으로 전망했습니다.     

종합적으로 볼 때 미래는 밝지만, 국내 탄화규소 산업 종사자 여러분께서는 앞으로도 계속해서 앞으로 나아가시도록 격려해 주셔야 합니다.

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