[디지털데일리 김도현 기자] 한국전기연구원(KERI)이 ‘탄화규소(SiC) 전력반도체 이온 주입 평가기술’을 헝가리 업체에 기술 이전했다고 11일 전했다.

전력반도체는 전기·전자기기의 핵심 부품으로 전류 방향을 조절하고 전력 변환을 제어하는 역할을 한다. 사람의 몸으로 치면 근육이라고 볼 수 있다.

전력반도체 소재로 여러 가지가 있는데 이중 SiC가 높은 내구성과 전력 효율을 보이는 등 재료 특성이 뛰어나 가장 주목받고 있다. SiC 전력반도체가 전기차에 탑재될 시 배터리 전력 소모를 덜고 차체 무게와 부피를 줄여 최대 10%의 에너지 효율 개선을 기대할 수 있다는 평가다.

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.

다만 이 과정에서 에피층 표면이 거칠어지고 전자의 이동 속도가 낮아지는 문제가 발생했다. 에피 웨이퍼 자체 가격도 비싸 양산화에 걸림돌이 됐다.

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

SiC 소재는 딱딱해 아주 높은 에너지로 이온을 주입한 뒤 고온에서 열처리해 활성화해야 하는 등 실제 이온 주입 구현이 어려웠다. KERI는 10여년에 걸쳐 쌓아온 SiC 전용 이온 주입 장치의 운용 경험을 통해 관련 기술들을 확보했다.

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

이번 성과는 헝가리 부다페스트 소재 반도체 측정 장비 전문업체인 ‘세미랩’에 기술이전 됐다. 30년 업력의 세미랩은 헝가리와 미국에 제조 공장을 가지고 있고 중견 정밀계측 장비 및 소재특성 평가 장비 특허를 소유한 기업이다. 반도체 특성 평가 장비 기술로는 세계 최고 수준인 것으로 전해진다.

양측은 이번 협업을 통해 고품질 SiC를 규격화할 수 있을 것으로 보고 있다. 세미랩은 KERI 기술 기반으로 SiC 전력반도체 이온 주입 공정을 평가할 수 있는 전문 장비를 개발할 계획이다.

박수용 세미랩 한국지사장은 “전문 장비 개발을 통해 이온 주입 공정에서 발생할 수 있는 불량률을 낮추고 소자의 수율을 높일 수 있을 것”이라며 “우수한 균일도와 재현성이 있는 고품질 이온 주입 양산 공정을 안정적으로 확보하는데 큰 기반이 될 것”이라고 밝혔다.