1세대 반도체 재료는 전통적인 실리콘(Si)과 게르마늄(Ge)으로 대표되며, 이는 집적 회로 제조의 기반이 됩니다. 이들은 저전압, 저주파, 저전력 트랜지스터 및 검출기에 널리 사용됩니다. 반도체 제품의 90% 이상이 실리콘 기반 재료로 만들어집니다.
2세대 반도체 소재는 갈륨비소(GaAs), 인듐인화물(InP), 갈륨인화물(GaP)로 대표됩니다. 실리콘 기반 소자에 비해 고주파 및 고속 광전자 특성을 지니고 있어 광전자 및 마이크로 전자 분야에서 널리 사용되고 있습니다.
3세대 반도체 소재는 탄화규소(SiC), 질화갈륨(GaN), 산화아연(ZnO), 다이아몬드(C), 질화알루미늄(AlN)과 같은 신소재로 대표됩니다.
탄화규소실리콘 카바이드는 3세대 반도체 산업 발전에 중요한 기본 소재입니다. 실리콘 카바이드 전력 소자는 우수한 고전압 저항, 고온 저항, 낮은 손실 등의 특성을 바탕으로 전력 전자 시스템의 고효율, 소형화 및 경량화 요구 사항을 효과적으로 충족할 수 있습니다.
높은 밴드갭(높은 항복 전기장과 높은 전력 밀도에 해당), 높은 전기 전도성, 높은 열 전도성 등 우수한 물리적 특성 덕분에 향후 반도체 칩 제조에 가장 널리 사용되는 기본 소재가 될 것으로 기대됩니다. 특히 신에너지 자동차, 태양광 발전, 철도 운송, 스마트 그리드 등 다양한 분야에서 뚜렷한 장점을 가지고 있습니다.
SiC 생산 공정은 SiC 단결정 성장, 에피택셜 층 성장 및 소자 제조의 세 가지 주요 단계로 나뉘며, 이는 산업 사슬의 네 가지 주요 연결 고리에 해당합니다.기질, 에피택시장치 및 모듈.
기판 제조의 주류 방법은 먼저 물리적 증기 승화법을 이용하여 고온 진공 환경에서 분말을 승화시키고, 온도장을 제어하여 시드 결정 표면에 탄화규소 결정을 성장시키는 것입니다. 탄화규소 웨이퍼를 기판으로 사용하는 경우, 화학 기상 증착법을 이용하여 웨이퍼 위에 단결정층을 증착시켜 에피택셜 웨이퍼를 형성합니다. 이 중, 전도성 탄화규소 기판 위에 탄화규소 에피택셜층을 성장시키면 전기 자동차, 태양광 발전 등에 주로 사용되는 전력 소자를 만들 수 있고, 반절연성 기판 위에 질화갈륨 에피택셜층을 성장시키면 다른 방법들이 있습니다.탄화규소 기판이를 더욱 발전시켜 5G 통신 및 기타 분야에 사용되는 무선 주파수 장치로 만들 수 있습니다.
현재로서는 탄화규소 기판이 탄화규소 산업 사슬에서 가장 높은 기술적 장벽을 가지고 있으며, 생산하기 가장 어려운 소재입니다.
실리콘 카바이드(SiC) 생산의 병목 현상은 아직 완전히 해결되지 않았으며, 원료인 결정 기둥의 품질이 불안정하고 수율 문제가 있어 SiC 소자의 높은 가격으로 이어지고 있습니다. 실리콘 소재는 평균 3일 만에 결정 막대 형태로 성장할 수 있지만, 실리콘 카바이드 결정 막대는 일주일이 걸립니다. 일반적인 실리콘 결정 막대는 200cm까지 성장할 수 있지만, 실리콘 카바이드 결정 막대는 2cm밖에 성장하지 못합니다. 더욱이 SiC 자체는 단단하고 취성이 강한 소재이기 때문에 기존의 기계식 웨이퍼 다이싱 방식으로는 웨이퍼 가장자리가 깨지기 쉬워 제품 수율과 신뢰성에 영향을 미칩니다. SiC 기판은 기존 실리콘 잉곳과는 매우 다르며, 장비, 공정, 가공, 절단 등 모든 측면에서 실리콘 카바이드를 다루기 위한 새로운 개발이 필요합니다.
탄화규소 산업 사슬은 크게 기판, 에피택시, 소자, 응용 분야의 네 가지 주요 단계로 나뉩니다. 기판 재료는 산업 사슬의 기반이며, 에피택시 재료는 소자 제조의 핵심이고, 소자는 산업 사슬의 중심이며, 응용 분야는 산업 발전을 이끄는 원동력입니다. 상류 산업에서는 물리적 승화법 등의 방법을 통해 원자재를 사용하여 기판 재료를 만들고, 화학적 증착법 등의 방법으로 에피택시 재료를 성장시킵니다. 중간 산업에서는 상류 산업에서 생산된 재료를 사용하여 무선 주파수 소자, 전력 소자 등의 소자를 제조하며, 이러한 소자는 최종적으로 5G 통신, 전기 자동차, 철도 운송 등의 하류 산업에 사용됩니다. 이 중 기판과 에피택시 단계는 산업 사슬 비용의 60%를 차지하며, 산업 사슬의 주요 가치 창출 요소입니다.
SiC 기판: SiC 결정은 일반적으로 Lely 공법으로 제조됩니다. 국제 주류 제품은 4인치에서 6인치로 전환되고 있으며, 8인치 전도성 기판 제품이 개발되었습니다. 국내 기판은 주로 4인치입니다. 기존의 6인치 실리콘 웨이퍼 생산 라인을 업그레이드 및 전환하여 SiC 소자를 생산할 수 있기 때문에 6인치 SiC 기판의 높은 시장 점유율은 오랫동안 유지될 것으로 예상됩니다.
탄화규소 기판 제조 공정은 복잡하고 생산이 어렵습니다. 탄화규소 기판은 탄소와 규소 두 가지 원소로 구성된 화합물 반도체 단결정 소재입니다. 현재 산업계에서는 주로 고순도 탄소 분말과 고순도 규소 분말을 원료로 사용하여 탄화규소 분말을 합성합니다. 특수한 온도 조건에서, 성숙한 물리적 증착법(PVT법)을 이용하여 결정 성장로에서 다양한 크기의 탄화규소 결정립을 성장시킵니다. 이렇게 얻은 결정립을 절단, 연마, 광택, 세척 등 여러 공정을 거쳐 최종적으로 탄화규소 기판을 생산합니다.
게시 시간: 2024년 5월 22일