SiC 기술로 촉진되는 반도체 진화

반도체 산업은 더 작고, 더 빠르고, 더 효율적인 전자 기기에 대한 끊임없는 수요에 힘입어 끊임없이 진화하고 있습니다. 기존의 실리콘 기반 기술이 이론적 한계에 다다르면서 성능의 한계를 뛰어넘는 새로운 소재가 등장하고 있습니다. 그 중에서도 탄화규소(SiC)는 특히 고전력, 고주파, 고온 애플리케이션을 위한 혁신적인 소재로 두각을 나타내고 있습니다. 이 블로그 게시물에서는 현재 진행 중인 반도체 진화에서 SiC의 중추적인 역할을 살펴보고, 그 장점과 응용 분야, 맞춤형 SiC 부품 소싱 시 고려해야 할 사항을 자세히 살펴봅니다.

변화하는 반도체 환경

수십 년 동안 실리콘(Si)은 반도체 산업의 확실한 주력 소재였습니다. 하지만 전기 자동차부터 5G 인프라, 재생 에너지 시스템에 이르기까지 최신 애플리케이션의 전력 밀도, 작동 주파수, 열악한 환경 조건이 증가하면서 실리콘의 한계가 드러나고 있습니다. 실리콘의 항복 전압, 열 전도성, 전자 이동성 등의 파라미터가 실현 가능한 최대치까지 확장되고 있습니다. 이러한 상황에서 실리콘 카바이드로 대표되는 와이드 밴드갭(WBG) 반도체가 등장했습니다. SiC는 반도체 디바이스의 획기적인 성능 향상으로 직접 연결되는 우수한 재료 특성을 제공하여 전력 전자 및 첨단 반도체 시스템의 새로운 시대를 예고합니다. SiC로의 전환은 단순한 점진적 업그레이드가 아니라 수많은 산업 분야에서 완전히 새로운 기능과 효율성을 가능하게 하는 근본적인 변화입니다.

SiC가 반도체의 판도를 바꾸는 이유

실리콘 카바이드가 반도체 산업에서 두각을 나타내는 것은 우연이 아니라 기존 실리콘을 훨씬 능가하는 소자 성능을 가능하게 하는 탁월한 재료 특성 덕분입니다. 이러한 장점은 차세대 전력 전자 장치와 고성능 시스템을 개발하려는 엔지니어와 설계자에게 매우 중요합니다.

• 더 높은 항복 전기장: SiC는 실리콘보다 약 10배 높은 항복 전기장을 가지고 있습니다. 따라서 SiC 디바이스는 훨씬 더 얇은 층에서 훨씬 더 높은 전압을 차단할 수 있어 디바이스 크기가 작아지고 주어진 전압 정격에 대한 온상태 저항이 낮아집니다. 이는 고전압 전력 변환 및 분배에 매우 중요합니다.
• 뛰어난 열 전도성: SiC는 실리콘보다 열전도율이 약 3배 더 높습니다. 따라서 SiC 디바이스는 열을 더 효과적으로 방출할 수 있어 부피가 큰 냉각 시스템 없이도 더 높은 온도와 전력 밀도에서 작동할 수 있습니다. 이러한 특성은 안정성을 향상시키고 시스템 크기와 비용을 줄여줍니다.
• 더 넓은 밴드갭: SiC는 실리콘보다 밴드갭이 약 3배 더 넓습니다(예: 4H-SiC의 경우 ~3.2eV 대 Si의 경우 1.1eV). 이렇게 더 넓은 밴드갭은 특히 고온에서 누설 전류를 낮추고 실리콘의 일반적인 한계인 150°C에 비해 200°C를 초과하는 더 높은 작동 온도를 허용합니다.
• 더 높은 전자 포화 드리프트 속도: SiC는 실리콘의 약 2배에 달하는 포화 전자 드리프트 속도를 지원합니다. 이러한 특성 덕분에 SiC 디바이스는 더 높은 스위칭 주파수에서 작동할 수 있어 전력 컨버터 시스템에서 수동 부품(인덕터, 커패시터)을 더 작게 만들 수 있어 전력 밀도를 높이고 시스템 부피를 줄일 수 있습니다.
• 향상된 방사선 경도: SiC는 원자 결합이 강하기 때문에 실리콘에 비해 본질적으로 방사선 손상에 대한 내성이 강합니다. 따라서 SiC 디바이스는 방사선 내성이 중요한 항공우주, 방위 및 원자력 애플리케이션에 매우 적합합니다.

이러한 본질적인 이점은 특히 까다로운 애플리케이션에서 SiC 디바이스가 실리콘 디바이스보다 더 작고, 더 빠르고, 더 효율적이고, 더 안정적일 수 있음을 의미합니다. 이는 시스템 비용 절감, 에너지 효율성 향상, 제품 수명 연장 등 조달 관리자와 기술 구매자에게 실질적인 이점으로 이어집니다.

반도체 에코시스템의 주요 SiC 애플리케이션

실리콘 카바이드의 우수한 특성은 반도체 산업에서 다양한 응용 분야를 개척하여 혁신과 효율성 향상을 주도하고 있습니다. 엔지니어와 조달 전문가가 재료를 평가할 때 이러한 구체적인 사용 사례를 이해하면 SiC의 가치 제안을 강조할 수 있습니다.

SiC 기술은 몇 가지 주요 영역에서 혁신을 가능하게 합니다:

• 전력 전자: 이는 SiC의 가장 중요한 영역입니다.
  • 인버터 및 변환기: 전기 자동차(EV)의 트랙션 인버터, 온보드 충전기(OBC), DC-DC 컨버터에 사용됩니다. SiC는 더 높은 효율을 구현하여 전기차 주행 거리를 늘리고 충전 속도를 높입니다. 태양광 인버터와 풍력 터빈 컨버터도 SiC의 효율성과 전력 밀도의 이점을 누릴 수 있습니다.
  • 전원 공급 장치: 산업용 전원 공급 장치, 서버 팜 PSU 및 통신 정류기는 SiC를 활용하여 에너지 소비를 줄이고 폼 팩터를 소형화합니다.
  • 모터 드라이브: 산업용 모터용 SiC 기반 가변 주파수 드라이브(VFD)는 더 나은 제어와 에너지 절감을 제공합니다.
• 무선 주파수(RF) 장치:
  • 레이더 시스템: SiC의 높은 전력 밀도와 열 전도성은 군용 레이더 및 통신 시스템의 고전력 RF 트랜지스터에 이상적입니다.
  • 무선 통신: 기지국 증폭기 및 기타 RF 구성 요소는 고주파수에서 SiC의 성능을 활용할 수 있습니다.
• 고온 전자 제품:
  • 항공우주 및 방위: 극한의 온도 환경에서 작동하는 항공기 및 방위 시스템의 엔진 제어, 액추에이터 및 센서.
  • 석유 및 가스 탐사: 다운홀 시추 장비와 센서에는 고온과 고압을 견딜 수 있는 전자 장치가 필요하며, SiC가 탁월한 성능을 발휘하는 분야입니다.
• 자동차(파워트레인 그 이상): 전기차가 주요 동력이지만, SiC는 강력한 전력 관리가 필요한 다른 자동차 시스템에서도 사용되고 있습니다.
• 산업용 난방 및 용접: 고출력 SiC 장치는 유도 가열 시스템과 고급 용접 장비에 사용됩니다.
• LED 조명: LED 자체는 GaN-on-SiC 또는 기타 소재를 사용하는 경우가 많지만, 고전력 LED 시스템용 전원 공급 장치 및 드라이버는 효율성과 수명을 개선하기 위해 SiC 부품의 이점을 활용할 수 있습니다.

다음 표에는 몇 가지 주요 애플리케이션과 활용된 SiC의 이점이 요약되어 있습니다:

응용 분야	구체적인 사용 사례	SiC의 주요 이점 활용	제조업체를 위한 이점
전력 전자	EV 트랙션 인버터, 온보드 충전기	고효율, 고출력 밀도, 고온 작동	자동차, 재생 에너지
전력 전자	태양광 인버터, 풍력 터빈 컨버터	고효율, 냉각 필요성 감소, 수명 연장	재생 에너지
전력 전자	산업용 모터 드라이브	에너지 절약, 정밀한 제어, 견고함	산업 제조
RF 디바이스	레이더 시스템, 기지국 증폭기	고출력, 고주파, 열 안정성	항공우주, 방위, 통신
고온 전자 제품	다운홀 드릴링 센서, 엔진 컨트롤	높은 작동 온도, 방사선 경도	석유 및 가스, 항공우주, 원자력 에너지
반도체 제조	웨이퍼 척, 서셉터, 링	고순도, 열 균일성, 화학적 불활성, 내구성	반도체

이러한 다양한 애플리케이션 환경은 수많은 첨단 산업에서 현대 전자제품을 발전시키는 데 있어 SiC의 다재다능함과 중요한 역할을 강조합니다.

재료 특성: 반도체 순도를 위한 SiC 등급

특히 반도체 산업의 까다로운 요건과 관련하여 모든 실리콘 카바이드가 똑같이 만들어지는 것은 아닙니다. SiC의 특정 결정 구조(폴리타입)와 순도 수준은 다양한 반도체 응용 분야에 대한 적합성을 결정하는 중요한 요소입니다. 조달 관리자와 엔지니어는 이러한 차이점을 이해하는 것이 올바른 소재를 조달하는 데 중요합니다.

반도체 장치와 관련된 주요 SiC 폴리타입은 다음과 같습니다:

• 4H-SiC: 다른 폴리타입에 비해 더 높은 전자 이동도와 등방성 특성 등 우수한 특성으로 인해 현재 전력 전자 디바이스에서 가장 많이 사용되는 폴리타입입니다. 이는 온저항이 낮고 전반적인 디바이스 성능이 향상된다는 의미로 해석됩니다. 고전압 MOSFET과 쇼트키 다이오드에 주로 사용되는 소재입니다.
• 6H-SiC: 역사적으로 6H-SiC는 더 일반적이고 고품질로 성장하기가 더 쉬웠습니다. 4H-SiC보다 전자 이동도가 낮지만, 특정 고주파 장치와 GaN 에피택시 기판 등 일부 특정 애플리케이션에 여전히 사용됩니다.
• 3C-SiC(입방 SiC): 이 폴리타입은 SiC 폴리타입 중 전자 이동도가 가장 높으며 이론적으로 실리콘 기판에서 성장할 수 있어 잠재적으로 비용을 절감할 수 있습니다. 그러나 대형 Si 웨이퍼에서 고품질의 결함 없는 3C-SiC를 달성하는 것은 여전히 중요한 과제로 남아 있어 주류 전력 장치에 대한 상업적 채택을 제한하고 있습니다. 이론적으로 유망한 장점으로 인해 연구는 계속되고 있습니다.

폴리타입 외에도 순도가 가장 중요합니다. 특히 기판과 에피택셜 레이어에 사용되는 반도체 등급 SiC는 매우 높은 순도(대개 99.999% 이상)가 필요합니다. 오염 물질은 원치 않는 전자 상태를 유발하고 결함 밀도를 높이며 디바이스 성능과 신뢰성을 저하시킬 수 있습니다. 벌크 결정 성장을 위한 물리적 증기 수송(PVT)과 에피택시를 위한 화학 기상 증착(CVD) 등 반도체 등급 SiC의 제조 공정은 이러한 순도 수준을 달성하기 위해 세심하게 제어됩니다.

반도체 등급 SiC의 주요 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 결정 품질 평가: 마이크로파이프는 중공 코어 나사 이탈로 SiC 디바이스에서 치명적인 결함이 될 수 있습니다. 대면적 디바이스의 고수율 제조를 위해서는 낮은 MPD(이상적으로는 0)가 중요합니다.
• 기저면 탈구(BPD) 밀도: BPD는 SiC 디바이스에서 양극성 성능 저하를 일으킬 수 있습니다. 상당한 R&D 노력이 SiC 기판과 에피레이어에서 BPD 밀도를 줄이는 데 집중되고 있습니다.
• 제작 라인 기능 및 장치 기계적/열적 요구 사항에 맞춥니다. 후속 에피택셜 성장과 디바이스 제작을 위해서는 표면 손상을 최소화한 원자적으로 매끄러운 표면이 필수적입니다. 이를 위해서는 정밀한 연마 및 세정 기술이 필요합니다.
• 도핑 균일성: 전도성 SiC 기판과 에피레이어의 경우, 일관된 소자 특성을 위해서는 도펀트(n형의 경우 질소, p형의 경우 알루미늄 등)의 균일한 분포가 중요합니다.

기술 구매자는 SiC 공급업체가 대상 애플리케이션에 필요한 특정 폴리타입, 순도 및 결함 특성을 갖춘 소재를 제공할 수 있는지 확인해야 합니다. 이를 위해서는 상세한 재료 사양서 및 품질 인증이 필수적입니다.

제조 장애물 극복하기: SiC 웨이퍼 생산

실리콘 카바이드가 원자재에서 반도체 웨이퍼로 완성되기까지의 여정은 기술적 난제로 가득 차 있습니다. SiC의 특성은 매우 바람직하지만, 고유의 경도와 화학적 안정성으로 인해 기존 실리콘보다 공정이 훨씬 더 복잡하고 비용이 많이 듭니다. 이러한 장애물을 이해하는 것은 고품질 SiC 웨이퍼의 가치와 리드 타임을 평가하는 데 중요합니다.

주요 제조 과제는 다음과 같습니다:

• 수정 성장(부울 생산):
  • 고온: SiC는 대기압에서 녹지 않고 승화되기 때문에 2000°C 이상의 성장 온도가 필요합니다(일반적으로 물리적 증기 수송 &8211; PVT를 통해). 안정적이고 균일한 고온을 유지하는 것은 엔지니어링의 주요 과제입니다.
  • 결함 제어: 불 성장 중 마이크로파이프, 나사 전위, 적층 결함과 같은 결정학적 결함을 제어하는 것은 매우 어렵습니다. 이러한 결함은 디바이스 수율과 성능에 심각한 영향을 미칠 수 있습니다.
  • 느린 성장률: SiC 결정 성장은 느린 공정으로 처리량을 제한하고 비용 상승의 원인이 됩니다.
  • 도판트 인코퍼레이션: 성장 과정에서 균일하고 제어된 도핑(n형 또는 p형)을 달성하는 것은 고온이 수반되기 때문에 복잡합니다.
• 웨이퍼 슬라이싱 및 성형:
  • 경도: SiC는 가장 단단한 합성 소재 중 하나이기 때문에(모스 경도 9.0~9.5) 웨이퍼로 불을 슬라이스한 후 모양을 만들기가 매우 어렵습니다. 다이아몬드가 함침된 와이어 톱과 연삭 공구가 필요하지만, 이는 빨리 마모되어 비용이 증가합니다.
  • 재료 낭비: 슬라이스 및 연삭 공정은 상당한 재료 손실(커프 손실)을 초래할 수 있습니다.
• 폴리싱 및 평탄화:
  • 원자처럼 매끄러운 표면 구현하기: 에피택시에 필요한 손상 없는 원자적으로 평평한 표면을 만드는 것은 기계적 연마, 래핑, 화학적 기계 연마(CMP)를 포함하는 다단계 공정입니다. 각 단계는 이전 단계에서 발생한 표면 손상을 제거하기 위해 정밀하게 제어되어야 합니다.
  • 표면 거칠기: 대상 표면 거칠기는 대개 옹스트롬 범위(예: <0.5nm RMS)에 속합니다.
• 에피택셜 성장:
  • 고품질 레이어: 디바이스 제작을 위해서는 SiC 기판 위에 결함 밀도가 낮은 얇고 정밀하게 도핑된 SiC 에피택셜 층을 성장(일반적으로 화학 기상 증착법(CVD)을 통해)시키는 것이 매우 중요합니다. 대형 웨이퍼에서 화학량론과 균일성을 유지하는 것은 어려운 일입니다.
  • 드리프트 레이어 두께 및 도핑 제어: 전력 디바이스의 경우 원하는 항복 전압과 온저항을 달성하려면 드리프트 층의 두께와 도핑 농도를 정밀하게 제어해야 합니다.
• 비용: 복잡한 공정, 특수 장비, 높은 에너지 소비, 느린 성장률, 재료 경도의 조합으로 인해 SiC 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼보다 훨씬 더 비쌉니다. 하지만 지속적인 R&D와 규모의 경제로 인해 이러한 비용이 점차 줄어들고 있습니다.

이러한 과제를 극복하려면 재료 과학, 결정 성장, 정밀 기계 및 화학 공정에 대한 상당한 전문 지식이 필요합니다. SiC 웨이퍼 생산 전문 기업들은 결정 품질 개선, 웨이퍼 직경 증가(현재 200mm를 향해 나아가고 있음), 결함 밀도 감소, 제조 비용 절감을 위해 R&D에 막대한 투자를 하고 있습니다. 기술 구매자의 경우 이러한 제조 복잡성을 해결하는 데 있어 강력한 실적을 보유한 공급업체와 협력하는 것이 고품질 웨이퍼의 안정적인 공급을 보장하는 데 매우 중요합니다.

SiC로 차세대 반도체 디바이스 설계하기

실리콘 카바이드로의 전환은 반도체 디바이스 설계의 새로운 지평을 열어 엔지니어가 실리콘의 성능 한계를 뛰어넘는 부품을 만들 수 있게 해줍니다. 그러나 SiC의 고유한 특성을 효과적으로 활용하려면 설계 단계에서 신중한 고려가 필요합니다. 엔지니어는 SiC의 장점과 특정 특성을 모두 고려하여 접근 방식을 조정해야 합니다.

SiC 기반 반도체 디바이스의 주요 설계 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 열 관리 전략:
  • SiC는 열 전도성이 뛰어나지만, 달성 가능한 전력 밀도가 높기 때문에 효과적인 열 방출이 여전히 가장 중요합니다. 설계 고려 사항에는 다이 접착 재료, 기판 선택, 전체 패키지 설계가 포함되어 활성 SiC 디바이스로부터 효율적인 열 경로를 확보할 수 있습니다.
  • 더 높은 접합 온도에서 작동하는 기능은 냉각 시스템을 단순화할 수 있지만 전체 모듈의 신뢰성 및 수명 계산을 고려해야 합니다.
• 게이트 드라이버 설계(SiC MOSFET용):
  • SiC MOSFET은 실리콘 IGBT 또는 MOSFET에 비해 다른 게이트 드라이브 전압 레벨(예: 최대 향상을 위해 더 높은 양의 전압, 때로는 강력한 턴오프를 위해 음의 전압)이 필요한 경우가 많습니다.
  • SiC 디바이스의 스위칭 속도가 빨라지려면 기생 인덕턴스가 낮고 게이트 커패시턴스를 빠르게 충전 및 방전할 수 있는 높은 피크 전류를 제공할 수 있는 게이트 드라이버가 필요합니다. 이는 스위칭 손실을 최소화합니다.
  • 불포화(Desat) 감지 및 단락 보호와 같은 보호 기능은 SiC의 특성에 맞게 최적화되어야 합니다.
• 레이아웃 및 기생 관리:
  • SiC 디바이스의 높은 스위칭 속도(dV/dt 및 dI/dt)는 디바이스 패키지 및 주변 회로의 기생 인덕턴스 및 커패시턴스 문제를 악화시킬 수 있습니다. 이로 인해 전압 오버슈트, 링잉 및 EMI 문제가 발생할 수 있습니다.
  • 신중한 레이아웃, 루프 인덕턴스 최소화, 적절한 디커플링 커패시터 사용은 매우 중요합니다. 직접 결합 구리(DBC) 기판 및 다중 칩 모듈을 포함한 고급 패키징 솔루션이 종종 사용됩니다.
• 장치 병렬화:
  • 고전류 애플리케이션의 경우 여러 개의 SiC 디바이스를 병렬로 연결해야 할 수 있습니다. SiC MOSFET의 양의 온저항 계수는 전류 공유에 도움이 되지만, 열 폭주를 방지하고 균형 잡힌 전류 분배를 보장하려면 여전히 신중한 게이트 드라이브 설계와 대칭 레이아웃이 필수적입니다.
• 본체 다이오드 특성(SiC MOSFET):
  • SiC MOSFET의 고유 바디 다이오드는 실리콘 MOSFET 바디 다이오드와는 다른 특성을 가지며, 종종 더 높은 순방향 전압 강하를 나타냅니다. 일부 애플리케이션에 적합하지만 잦은 프리휠링이 필요한 다른 애플리케이션에서는 더 나은 성능을 위해 외부 SiC 쇼트키 다이오드를 공동 패키징하거나 병렬로 사용할 수 있습니다.
  • 최신 세대의 SiC MOSFET은 향상된 바디 다이오드 성능을 특징으로 합니다.
• 고온 기능 활용하기:
  • 설계는 175°C 또는 200°C 이상의 접합 온도에서 안정적으로 작동하는 SiC의 기능을 활용할 수 있습니다. 이를 통해 냉각 시스템의 크기와 비용을 줄이거나 더 열악한 주변 환경에서도 작동할 수 있습니다. 그러나 주변 구성 요소와 포장재도 이러한 온도에 맞는 등급을 받아야 합니다.
• 비용 대 성능 절충:
  • SiC 디바이스는 우수한 성능을 제공하지만 일반적으로 실리콘 디바이스보다 더 비쌉니다. 설계자는 부품 비용을 정당화하기 위해 전체 시스템 수준의 이점(예: 냉각 감소, 더 작은 수동 소자, 더 높은 효율성)을 평가해야 합니다. 많은 애플리케이션에서 시스템 수준의 절감 효과가 디바이스 비용 상승보다 더 큽니다.

SiC로 성공적으로 설계하려면 디바이스, 패키지, 게이트 드라이버 및 전체 시스템 토폴로지 간의 상호 작용을 고려하는 전체적인 접근 방식이 필요합니다. 경험이 풍부한 SiC 부품 제조업체와 협력하면 성능과 안정성을 극대화하기 위해 설계를 최적화하는 데 유용한 인사이트와 애플리케이션 지원을 제공할 수 있습니다.

반도체용 SiC에서 커스터마이징의 역할

표준 기성 실리콘 카바이드 부품은 반도체 산업에서 많은 요구 사항을 충족하지만, 최적화된 성능, 고유한 폼 팩터 및 애플리케이션별 특성을 추구하려면 맞춤형 SiC 솔루션이 필요한 경우가 많습니다. 엔지니어와 설계자는 맞춤화를 통해 SiC 특성과 형상을 정확한 요구 사항에 맞게 조정하여 효율성과 경쟁 우위를 더욱 높일 수 있습니다. 이는 특히 특수 반도체 제조 장비 부품(척, 링, 서셉터)과 첨단 소자 기판 또는 에피택셜 레이어에 해당됩니다.

반도체 분야에서 맞춤형 SiC 솔루션의 이점은 다음과 같습니다:

• 최적화된 성능: 맞춤형 도핑 프로파일, 특정 결정 방향 또는 고유한 에피택셜 레이어 구조를 설계하여 특정 애플리케이션의 항복 전압, 온 저항 또는 스위칭 속도와 같은 디바이스 특성을 향상시킬 수 있습니다.
• 특정 지오메트리 및 폼 팩터: 반도체 제조에는 SiC 서셉터, 웨이퍼 척 또는 에지 링과 같은 부품이 정확한 치수에 맞아야 하는 복잡한 장비가 포함됩니다. 맞춤형 제작은 완벽한 통합과 최적의 열 또는 플라즈마 균일성을 보장합니다.
• 향상된 열 관리: 맞춤형 SiC 히트 스프레더 또는 기판은 특정 두께와 표면 마감으로 설계하여 고전력 모듈의 열 방출을 극대화할 수 있습니다.
• 다른 재료와의 통합: 맞춤형 SiC 부품은 다른 재료와의 결합 또는 통합을 위해 설계할 수 있어 복잡한 모듈 어셈블리를 용이하게 합니다.
• 재료 순도 또는 특정 등급 향상: 일부 첨단 애플리케이션에는 더 높은 순도 수준이나 일반적으로 표준 제품으로 제공되지 않는 특정 SiC 폴리타입이 필요할 수 있습니다. 맞춤형 생산은 이러한 틈새 요구 사항을 해결할 수 있습니다.

맞춤형 솔루션에 대한 수요가 증가함에 따라 전문 공급업체가 등장했습니다. 이러한 전문성을 위한 중요한 글로벌 허브는 다양한 규모의 40개 이상의 실리콘 카바이드 생산 기업이 있는 중국 웨이팡시에 있습니다. 이 기업들은 중국 전체 실리콘 카바이드 생산량의 80% 이상을 총체적으로 차지하고 있습니다. 이 역동적인 생태계에서 시카브 테크는 두각을 나타내고 있습니다. 2015년부터 첨단 실리콘 카바이드 생산 기술을 도입하고 구현하는 데 중요한 역할을 해왔으며, 현지 기업이 대규모 생산과 기술 발전을 달성하는 데 큰 도움을 주었습니다. 깊은 참여를 통해 이 중요한 SiC 산업 허브의 출현과 지속적인 발전을 목격하고 기여할 수 있었습니다.

중국과학원(웨이팡) 혁신단지의 산하에 중국과학원 국가기술이전센터와 긴밀히 협력하여 운영되는 Sicarb Tech는 중국과학원의 막강한 과학 기술 역량을 활용하고 있습니다. 다음을 위한 강력한 플랫폼을 제공합니다. siC 제품 커스터마이징는 다양한 SiC 부품의 맞춤형 생산을 전문으로 하는 최고 수준의 전문 팀의 지원을 받고 있습니다. 당사의 전문 지식은 재료 과학, 공정 공학, 설계 최적화, 세심한 측정 및 평가 기술을 아우릅니다. 원자재에서 완제품에 이르는 이러한 통합 접근 방식을 통해 반도체 산업 및 그 밖의 다양한 복잡한 맞춤형 요구 사항을 충족하여 고품질의 비용 경쟁력 있는 솔루션을 보장할 수 있습니다.

SiC 부품의 품질 보증 및 테스트

실리콘 카바이드 디바이스의 탁월한 성능 특성은 기본 재료와 부품이 엄격한 품질 기준을 충족해야만 실현할 수 있습니다. 미세한 결함도 디바이스 고장이나 성능 저하로 이어질 수 있는 반도체 애플리케이션의 경우, 강력한 품질 보증(QA)과 포괄적인 테스트 프로토콜은 타협할 수 없는 필수 요소입니다. 조달 관리자와 엔지니어는 SiC 제조 공정 전반에 걸쳐 품질 관리에 대한 확고한 의지를 보여주는 공급업체를 우선순위에 두어야 합니다.

반도체 등급 SiC 구성 요소에 대한 QA 및 테스트의 주요 측면은 다음과 같습니다:

• 재료 특성화:
  • 폴리타입 확인: 라만 분광법 또는 X선 회절(XRD)과 같은 기술을 사용하여 올바른 SiC 폴리타입(예: 4H-SiC, 6H-SiC)을 확인합니다.
  • 순도 분석: 글로우 방전 질량 분석법(GDMS) 또는 이차 이온 질량 분석법(SIMS)으로 미량 원소 불순물을 확인할 수 있습니다.
  • 저항률 매핑: 4점 프로브 측정 또는 와전류 방법을 통해 웨이퍼 전체의 저항 분포를 매핑하여 도핑 균일성을 보장합니다.
• 결함 측정:
  • 결정 품질 평가: KOH 에칭 후 자동화된 광학 검사 또는 광발광(PL) 매핑 또는 X-선 지형도(XRT)와 같은 비파괴 기술을 사용하여 마이크로파이프를 카운트하고 매핑합니다.
  • 전위 밀도: 기저면 탈구(BPD) 및 나사산 탈구(TSD)와 같은 다른 탈구를 정량화하기 위해 유사한 기술(에칭, PL, XRT)이 사용됩니다.
  • 스레딩 나사 전위(TSD), 스레딩 에지 전위(TED) 및 기저면 전위(BPD)도 모니터링하고 제어합니다. PL 이미징은 특히 에필레이어의 스태킹 결함을 식별하는 데 효과적입니다.
• 지표면 및 지표하 품질 평가:
  • 표면 거칠기: 원자현미경(AFM)은 표면 거칠기를 옹스트롬 또는 나노미터 단위로 측정합니다.
  • 표면 오염: 총반사 X-선 형광(TXRF) 또는 증기상 분해(VPD) 후 ICP-MS로 표면 금속 오염 물질을 검출할 수 있습니다.
  • 후속 에피택시 성장을 위해 최소화해야 합니다. 단면 투과전자현미경(TEM) 또는 특수 에칭과 같은 기술을 사용하면 연마 또는 연마로 인한 손상 층을 확인할 수 있습니다.
• 이러한 평면 결함은 장치 성능에도 영향을 미칠 수 있습니다.
  • 자동 계측 도구를 사용하여 웨이퍼 직경, 두께, 보우, 휨 및 사이트 평탄도를 정밀하게 측정합니다.
  • 맞춤형 구성 요소의 경우 CMM(좌표 측정기) 또는 광학 프로파일 측정으로 중요한 치수와 공차를 확인합니다.
• 에피택셜 레이어 특성화:
  • 두께 균일성: 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 또는 분광학적 타원 측정법.
  • 도핑 농도 및 균일성: 커패시턴스-전압(CV) 측정, SIMS.
  • 표면 모폴로지: 노마르스키 현미경, AFM.
• 전기 테스트(완성된 장치 또는 테스트 구조물용):
  • 항복 전압, 온 상태 저항, 누설 전류, 임계 전압과 같은 파라미터에 대한 온-웨이퍼 프로빙.
  • 스위칭 특성을 평가하기 위한 동적 테스트.
• 프로세스 제어 및 추적성:
  • 제조 전반에 걸친 통계적 공정 관리(SPC).
  • 원자재부터 완제품까지 로트 추적성.
  • 업계 표준 준수(예: 웨이퍼에 대한 SEMI 표준).

신뢰할 수 있는 SiC 공급업체는 첨단 계측 장비에 막대한 투자를 하고 엄격한 QA 시스템을 유지합니다. 또한 제품에 대한 포괄적인 데이터 시트, 적합성 인증서 및 상세한 테스트 보고서를 제공할 수 있어야 합니다. 맞춤형 구성 요소의 경우 중요한 매개변수와 검사 방법을 요약한 품질 계획을 공동으로 개발하는 것이 도움이 되는 경우가 많습니다. 이를 통해 최종 SiC 제품이 반도체 제조 및 디바이스 성능에 대한 까다로운 요구 사항을 일관되게 충족할 수 있습니다.

미래 트렌드: 반도체의 한계를 뛰어넘는 SiC

실리콘 카바이드가 반도체 산업에 미치는 영향은 이미 막대하지만, 이 기술은 아직 정체되어 있지 않습니다. 지속적인 연구와 개발을 통해 SiC 기능의 한계를 지속적으로 넓혀가고 있으며, 향후 몇 년 동안 더욱 흥미로운 발전을 약속하고 있습니다. 반도체, 자동차, 항공우주, 에너지 분야의 기업이라면 이러한 트렌드를 파악하는 것이 미래를 대비한 설계와 경쟁 우위 유지를 위해 매우 중요합니다.

SiC 기술의 주요 미래 트렌드는 다음과 같습니다:

• 더 큰 웨이퍼 직경: 150mm(6인치)에서 200mm(8인치) SiC 웨이퍼로의 전환이 순조롭게 진행되고 있습니다. 웨이퍼가 커지면 다이당 비용이 크게 감소하여 SiC 디바이스의 실리콘 대비 경제적 경쟁력이 높아집니다. 300mm(12인치) SiC 웨이퍼의 실현 가능성도 연구 중이지만, 이는 상당한 기술적 과제를 안고 있습니다.
• 크리스탈 품질 개선 및 결함 감소: SiC 기판과 에피레이어의 결함 밀도(마이크로파이프, BPD, TSD)를 줄이는 데 주로 초점을 맞추고 있습니다. 결함 밀도가 낮아지면 디바이스 수율이 높아지고, 신뢰성이 향상되며, 더 크고 강력한 SiC 칩을 제조할 수 있게 됩니다.
• 고급 에피택시 기술: 새로운 전구체와 반응기 설계를 포함한 CVD 공정의 혁신은 더 빠른 성장 속도, 대형 웨이퍼에 대한 균일성 향상, 도핑 프로파일과 층 두께에 대한 보다 정밀한 제어를 목표로 합니다. 여기에는 초고압 디바이스(>10kV)를 위한 더 두꺼운 드리프트 레이어 개발이 포함됩니다.
• 새로운 디바이스 구조:
  • SiC 트렌치 MOSFET: 평면형 SiC MOSFET이 일반적이지만, 트렌치 게이트 구조는 다음과 같은 이점을 제공합니다