한국전기연구원, ‘SiC 전력반도체 이온 주입 평가기술’ 헝가리 이전

기존 고가 에피 웨이퍼 활용 공정 대체...이온 주입 공정만으로 소자 구조 형성

[일요신문] 한국전기연구원(KERI)이 ‘탄화규소(SiC, silicon carbide) 전력반도체 이온 주입 평가기술’을 헝가리 업체에 기술이전을 하는데 성공했다. 전력반도체는 전기·전자기기의 핵심 부품으로, 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 등 사람의 몸으로 치면 근육과도 같은 역할을 한다.

KERI가 ‘SiC 전력반도체 이온 주입 평가기술’을 세미랩(주)에 기술이전했다. 왼쪽 두 번째부터 KERI 방욱 전력반도체연구단장, 세미랩 코리아(주) 박수용 대표. 사진=한국전기연구원 제공

전력반도체의 소재는 여러 가지가 있는데, 그중에서도 SiC가 높은 내구성과 전력 효율을 보이는 등 재료 특성이 뛰어나 가장 주목받고 있다. SiC 전력반도체가 전기차에 탑재될 경우 배터리의 전력 소모를 덜고 차체의 무게와 부피를 줄여 최대 10%의 에너지 효율 개선을 기대할 수 있을 정도다.

SiC 전력반도체의 장점이 많은 만큼 제조 공정도 매우 까다롭다. 기존에는 전도성이 강한 웨이퍼(기판) 위에 에피층(단일 결정의 반도체 박막을 형성한 층)을 형성하고, 그 영역에 전류를 흘려보내 소자를 형성하는 방법을 활용했다. 그러나 이 과정 중 에피층의 표면이 거칠어지고 전자의 이동 속도가 낮아지는 문제가 발생했다. 에피 웨이퍼 자체 가격도 비싸서 양산화에 큰 걸림돌이 됐다.

이를 해결하기 위해 KERI는 에피층이 없는 반절연 SiC 웨이퍼에 이온을 주입하는 방식을 활용했다. 웨이퍼가 전도성을 가질 수 있게 만드는 이온 주입은 반도체의 생명을 불어넣는 작업이다.

반절연 SiC 웨이퍼. 사진=한국전기연구원 제공

SiC 소재는 딱딱해 아주 높은 에너지로 이온을 주입한 뒤 고온에서 열처리해 활성화해야 하는 등 실제 이온 주입 구현이 어려운 기술이었다. 하지만KERI가 10여년에 걸쳐 쌓아온 SiC 전용 이온 주입 장치의 운용 경험을 통해 관련 기술들을 확보하는데 성공했다.

KERI 김형우 차세대반도체연구센터장은 “이온 주입 기술은 반도체 소자의 전류 흐름을 높이고, 고가의 에피 웨이퍼를 대체해 공정비용도 크게 줄일 수 있다”며 “고성능 SiC 전력반도체의 가격 경쟁력을 높이고, 양산화에 기여하는 큰 기술”이라고 전했다.

이번 성과는 헝가리 부다페스트 소재의 반도체 측정 장비 전문업체인 ‘세미랩(주) (Semilab, 회장 Tibor Pavelka)’에 최근 기술이전됐다. 30년 업력의 세미랩(주)은 헝가리와 미국에 제조 공장을 가지고 있고, 중견 정밀계측 장비 및 소재특성 평가 장비 특허를 소유한 기업으로, 반도체 특성 평가 장비기술로는 세계 최고의 기술력을 보유하고 있다.  

SiC 전력반도체 공정에 활용되는 이온 주입 장치. 사진=한국전기연구원 제공

양측은 이번 기술이전을 통해 고품질의 SiC를 규격화할 수 있을 것으로 보고 있다. 세미랩(주)은 KERI 기술을 활용해 SiC 전력반도체의 이온 주입 공정을 평가할 수 있는 전문 장비를 개발한다는 계획이다.

세미랩 코리아(주)의 대표인 박수용 지사장은 “전문 장비 개발을 통해 이온 주입 공정에서 발생할 수 있는 불량률을 낮추고, 소자의 수율을 높일 수 있을 것”이라며 “우수한 균일도와 재현성이 있는 고품질의 이온 주입 양산 공정을 안정적으로 확보하는데 큰 기반이 될 것”이라고 전했다.

한편, KERI는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관이다. 전력반도체 연구 분야에서는 총 120건 이상의 지적재산권을 보유하고 있고, 최근 10년 기준 30억원 이상의 기술이전 실적을 달성하는 등 국내최고 수준을 자랑하고 있다.

정동욱 부산/경남 기자 [e-mail]