국내 탄화규소 산업의 현황

2022-03-17 298

실리콘 카바이드 칩 분야 아마추어의 학습 노트입니다. 자료 정리, 업계 소식, 가끔씩 얻는 정보, 그리고 상상력을 담았습니다. 이 계정은 개인 학습 노트를 위한 것으로, 순전히 개인적인 취미 활동이며 상업적인 목적은 없습니다. 글에 인용 오류가 있더라도 양해 부탁드립니다. 어떤 사람들은 꽃이나 잔디를 가꾸거나, 노래를 부르거나, 낚시를 하는 것을 좋아하고, 또 어떤 사람들은 트위터나 더우인에 글을 쓰는 것을 좋아합니다. 저는 최근 몇 년 동안 주말에 틈틈이 책을 읽거나 논문을 다시 보면서 최첨단 소재와 소자 기술의 발전을 살펴보는 것을 즐기고 있습니다.

흥미로운 일을 하고 흥미로운 사람이 되세요.

이 주제는 괜히 혼나기 쉽지만, 별 관심도 없고 늘 횡설수설하기 좋아하는 저로서는 그냥 잡담이나 하면서 숫자나 채워 넣으면 되니까 상관없어요. 이 핵심 내용은 우리 소규모 모임의 몇몇 사람들이 직접 읽어보도록 남겨둔 거예요. 제가 몇 가지 중요한 사항을 잊어버리지 않도록 미리 적어두었습니다.

인기도: 당시 LED와 비슷한 수준이지만, 기술적 장벽은 LED보다 몇 배나 더 높습니다.

한 문장으로 국내 산업의 주류 기술 방향의 모든 측면을 요약할 수 있습니다.

1. 실리카 파우더 토너: 문제 없습니다

태양 에너지 산업이 많은 좋은 성과를 거두었고, 이제 국내 9N 규소 분말 수급에는 큰 문제가 없습니다.

2. 탄화규소 분말: 5N은 괜찮지만 6N은 문제가 있습니다. 시험 시스템이 완벽하지 않고, 수십 가지 기판 프로젝트에 사용되는 수백만 개의 제품을 연간 생산하는 대규모 용광로가 거의 2천 대나 가동되고 있습니다. 용광로가 과열되어 분말이 심각하게 부족한 상황입니다! 고품질 6N 탄화규소 분말 공급원과 kg당 100달러 미만의 저렴한 기술 솔루션이 절실히 필요합니다!

3. 탄화규소 결정/웨이퍼 - 4H 전도성, 희귀함

트럭에 실을 수 있는 웨이퍼의 품질, 생산량, 비용… 이 문제는 피할 수 없는 현실입니다. 20년 넘게 국내 결정 성장 기술을 발전시켜 왔지만, 기술적 한계와 막대한 비용 소모가 수반되는 반복 작업으로 인해 사실상 병목 현상에 도달했습니다. 6인치 웨이퍼의 불량률/수율을 1~2배 낮춰야 하는데, 이를 위해서는 5~10년이 소요될 것으로 예상됩니다. 국내의 모든 교수급 결정 성장 기술 전문가들을 한데 모아 수백 대의 용광로를 다양한 개선 방향으로 동시에 가동하며 반복 작업에 매달린다면, 이 과정을 가속화할 수 있을 것입니다! 핵심은 현재의 용광로가 수익을 내지 못한다면 소비 대비 생산량 비율이 매우 저조하다는 점입니다!

자본을 가지고 이야기를 지어내는 사람들은 이 업계에 적합하지 않습니다. 부동산 업계에 있는 것이 훨씬 낫습니다!

4. 탄화규소 에피택셜 웨이퍼

5-20μm, N형 에피택시는 문제없습니다.

뒷면 필름의 질이 좋지 않거나 양이 부족한 것이 문제입니다!

5. 탄화규소 소자 - MPS/JBS 다이오드

다이오드 - 650/1200V 20A 이하 제품의 경우, 수율은 문제가 없고 비용 효율성도 합리적입니다. 베이징/우시/상하이/샤먼의 4개 공장에서 안정적으로 대량 생산이 가능하며 큰 문제는 없습니다. 유일한 문제는 자동차에 사용할 수 있는 양질의 기판 공급입니다.

하지만 1700V 이상 다이오드의 수율, 배치 안정성 및 전체 비용은 여전히 낙관적이지 않습니다. 저는 몇몇 제품의 실제 데이터를 직접 확인했습니다. 핵심은 수율이 낮고 불안정한 이유가 명확하지 않은 경우가 있다는 것입니다. 문제는 기판과 에피택셜 웨이퍼의 품질에 있으며, 데이터가 일치하지 않는 것입니다!

50A 이상의 다이오드 수율은 좋지 않지만, 이는 대부분 박막 문제 때문입니다.

6. 실리콘 카바이드 MOSFET 소자 - 평면 구조

3~10mOhm, 20A 이하. 한 회사는 실제로 4인치 배치 생산을 하고 있습니다. 가격 대비 성능과 수율/신뢰성 개선이 필요합니다. 당분간은 어떤 회사도 이를 차량에 장착하는 것을 꺼립니다. 충전용 충전기로는 사용할 수 있습니다.

우시/상하이/샤먼에 있는 공장들은 모두 개발 및 샘플 단계에 있으며, 배치 데이터는 없습니다.

한 문장으로 요약하자면, 안정적인 수율로 대량 생산하여 시장에 출시할 수 있는 평면형 MOSFET은 존재하지 않습니다!

3mOhm 50A 이상, 배치 안정성 수율 40% 초과, 아니요!

7. 탄화규소 MOSFET 소자 - 트렌치 구조

— 5개년 계획이 수립 중입니다…

완전히 독립적인 특허 구조 제품 - 아닙니다!

해외 MOSFET 소자의 현황:

1. CREE - 평평한 표면만 사용 가능하며 홈은 없습니다. 그러나 CREE 평면 구조의 성능은 2~3년 동안 홈 구조에 비해 떨어지지 않습니다.

2. 일본 로옴 - 이중 홈 배치 출하; 특허와 관련하여 현재 소송 중인 사소한 문제가 있으며, 양방향 OBC의 신뢰성에 대한 약간의 분쟁이 있습니다.

3. ST - 650V 50A는 테슬라 에다마메 3에 특별 공급된 제품으로 약 1,000대이며, 해당 차량은 1년 조금 넘게 운행 중입니다.

4. 인페니온 - 하프팩 참호;

수율은 알려지지 않았지만, 이 구조의 가장 큰 장점은 트렌치에서 더 강하다는 것입니다. 하지만 향후 8인치용 고품질 리소그래피 장비가 개발된다면 피치를 더 줄이는 것은 다소 어려울 수 있습니다.

한 문장으로 요약하자면, 해외 실리콘 카바이드 MOSFET 소자의 주력 양산 및 출하량은 이미 시장에 나와 있는 트렌치 방식이며, 물량은 점차 증가할 것으로 예상됩니다. 하지만 6인치 MOS 칩의 일반적인 수율이 65% 미만이라는 이야기를 들었고, 신뢰성 검사 수율도 그다지 낙관적이지 않습니다! 하지만 중국과 비교하면 적어도 5년은 앞서 있습니다!

IP 레이아웃 측면에서 볼 때, 향후 실리콘 IGBT 시대에도 이와 유사한 특허 장벽이 존재할지는 예측하기 어렵습니다!

개인적인 의견 요약:

1. 결정 성장 및 기판 웨이퍼는 "정체기"의 핵심 기술이며 전체 산업 체인에서 공통적으로 사용되는 기술입니다. 시장 지향적인 단일 기업이 막대한 투자를 감행하고 반복적인 개선을 하는 것은 다소 어렵습니다. 기업은 수익 모델에 대한 압박을 받고 있으며, 투자자들은 빠른 투자 회수를 위해 우수한 수익성 보고서를 요구합니다. 투자자들은 기업이 높은 투자와 위험을 감수하고, 개선과 반복을 위해 막대한 투자를 감행할 것을 기대하지만, 기업 운영에 대한 동기는 미미합니다.

——독일의 프라운호퍼 연구소나 유럽의 IMEC처럼 국가 전략적 투자를 받는 비영리 연구 기관이 설립되어, 이러한 공통적인 기술적 문제를 해결하기 위한 장기적인 투자를 해야 합니다!

2. 최첨단 기기용 신규 구조 연구 개발

—실리콘 IGBT의 역사는 되풀이될 수 없습니다. 트렌치 구조와 슈퍼정션 구조는 사전에 계획하고 개발해야 합니다. 신뢰할 수 있는 구조와 그렇지 않은 구조가 다양하게 존재합니다. 기업 단독으로 연구개발에 투자하는 비용은 막대합니다. 일본의 AIST처럼 실제로 투자를 공동으로 진행할 수 있는 산학 공동 연구기관이나 미국의 파워 아메리칸과 같은 국가 연구소 연합 기관이 필요합니다. 비영리 모델의 연구개발은 지적 재산권과 기술 사용권을 공유합니다.

—Ga2O3, AlN, 다이아몬드 및 기타 새로운 소재 시스템은 사전에 설계되어야 합니다. 기업들은 아직 이를 처리할 여력이 없습니다. 이해 상충이 없는 비영리 연구 투자 기관, 즉 중국의 프라운호퍼 연구소나 IMEC 같은 기관이 필요합니다!

면책 조항: 본 글은 "탄화규소 칩 연구 노트"에서 발췌한 내용입니다. 본 글은 저자의 개인적인 견해일 뿐이며, 사코마이크로 및 업계의 공식적인 견해를 대변하는 것은 아닙니다. 지적 재산권 보호를 위한 목적으로만 재인쇄 및 공유를 허용합니다. 재인쇄 시 원문 출처와 저자를 반드시 명시해 주시기 바랍니다. 저작권 침해 사항이 있을 경우 삭제를 위해 당사에 연락해 주십시오.

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