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어플라이드, 전기차 파워트레인 핵심인 SiC 반도체 칩 대형 200mm 웨이퍼로 전환
어플라이드, 전기차 파워트레인 핵심인 SiC 반도체 칩 대형 200mm 웨이퍼로 전환
  • 문상현 기자
  • 승인 2021.09.14 19:16
  • 댓글 0
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어플라이드 ‘핫 임플란트’ 기술… 결정 구조 손상을 최소화하며 이온 주입해 전력 및 수율 향상
어플라이드 머티어리얼즈 ‘비스타(VIISta) 900 3D’ 핫 이온 임플란트 시스템
어플라이드 머티어리얼즈 ‘비스타(VIISta) 900 3D’ 핫 이온 임플란트 시스템

재료공학 솔루션 분야 글로벌 선도 기업 어플라이드 머티어리얼즈((Applied Materials)가 신기술 및 신제품을 통해 세계 최고 수준의 탄화규소(SiC) 반도체 제조사들이 기존 150mm에서 200mm 웨이퍼 생산 체계로 전환하는 것을 지원한다고 13일(현지시간) 밝혔다.

어플라이드의 새로운 기술 및 제품으로 반도체 제조사는 웨이퍼당 다이(die) 생산량을 약 두 배로 늘리고 프리미엄급 전기자동차 파워트레인의 세계적 수요 증가에 대응할 수 있다.   

SiC 전력반도체는 배터리 전력을 토크로 효율적으로 변환하는데 도움을 주며 차량 성능과 주행 거리를 향상시켜 수요가 높다. SiC는 실리콘에 비해 자연적 결함에 더 민감해 전기적 성능과 전력 효율, 신뢰성, 수율을 저하할 수 있다. 따라서 웨이퍼를 양산에 최적화하고 결정 격자에 손상을 최소화하며 회로를 구현하기 위해서는 첨단 재료공학이 요구된다.

순다르 라마무르티(Sundar Ramamurthy) 어플라이드 머티어리얼즈 ICAPS 그룹 부사장 겸 총괄매니저는 “전 세계적으로 반도체 수요가 급증함에 따라 반도체 제조사는 웨이퍼 크기를 지속적으로 대형화해 반도체 생산량을 크게 늘려야 한다. 우리는 현재 또 다른 혁신의 초기 단계며 어플라이드의 재료공학으로 산업 전반이 혜택을 받게 될 것”이라고 밝혔다.

그렉 로우(Gregg Lowe) 크리(Cree) CEO는 “운송 산업의 전동화는 상승 추세며 우리는 울프스피드(Wolfspped) 기술로 실리콘에서 SiC로 변곡점을 가속화하고 있다. 크리는 대형화된 200mm 웨이퍼에 최고 성능의 SiC 전력 소자를 생산해 최종 고객의 가치를 높이고 증가하는 수요에 대응한다”고 말했다. 

이어 “울버니(Albany)에서 200mm 공정 적격 인증 기간 단축과 모헉밸리(Mohawk Valley) 팹의 멀티 장비 설치에 대한 어플라이드의 지원 덕분에 이 같은 전환이 신속하게 이뤄지고 있다. 뿐만 아니라 핫 플랜트 같이 어플라이드 ICAPS 팀이 개발하는 기술은 협업을 강화하고 크리의 전력 기술 로드맵 가속화에 도움이 된다”고 덧붙였다.

어플라이드 머티어리얼즈 ‘미라 듀럼(Mirra Durum)’ CMP 시스템
어플라이드 머티어리얼즈 ‘미라 듀럼(Mirra Durum)’ CMP 시스템

특히, 200mm SiC CMP 시스템 개발은 웨이퍼 표면 결함은 후속 레이어를 통해 전달되기 때문에 SiC 웨이퍼의 표면 품질은 SiC 소자 제작에 매우 중요하다.

최고의 표면 품질로 균일한 웨이퍼를 제작하기 위해 어플라이드는 연마, 소재 제거 측정, 세정, 건조를 하나의 시스템에 통합한 ‘미라 듀럼(Mirra Durum)’ CMP(화학기계연마) 시스템을 개발했다. 이 시스템은 기계로 연마된 SiC 웨이퍼와 비교했을 때 완성된 웨이퍼 표면조도(거친 정도)를 50분의 1로 감소시켰고 배치 CMP 공정 시스템에 비해 표면조도를 3분의 1로 줄였다.

아울러, SiC 반도체 제조 시, 이온 주입으로 소재 내에 미세한 불순물을 넣어 고전력을 생성하는 회로 내 전류 흐름을 활성화시킨다. SiC 소재의 밀도와 경도 때문에, 결정 격자(crystal lattice) 손상을 최소화하면서 불순물을 주입하고 정확하게 배치하고 활성화하는 것은 매우 어렵다.

결정 격자가 손상되면 성능과 전력 효율이 저해된다. 어플라이드는 150mm 및 200mm 웨이퍼를 위한 ‘비스타(VIISta) 900 3D’ 핫 이온 임플란트 시스템으로 이 같은 문제점을 해결했다. 새로운 핫 임플란트 기술은 격자 구조에 손상을 최소화하며 이온을 주입해 실온에서의 임플란트에 비해 저항을 40분의 1로 감소시킨다.

한편, 어플라이드의 ICAPS(IoT∙통신∙오토모티브∙전력∙센서) 사업부는 SiC 전력반도체 시장을 위해 PVD(물리기상증착), CVD(화학기상증착), 식각, 공정 제어 등의 추가 상품을 개발하고 있다. 어플라이드가 SiC 및 특수 반도체 기술 혁신을 구현하는 방법은 2021 ICAPS 및 패키징 마스터 클래스에서 확인 가능하다. 

 


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