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SiC 단결정 성장법의 최근 동향과 전망

전문가 제언: ○ SiC는 Si와 C가 1대 1로 공유결합 하는 결정으로 기존의 Si 반도체 디바이스보다 높은 전압에서 전력을 저손실로 제어하기 위한 와이드 밴드-갭 디바이스재료로 기대되고 있다. 특히 SiC 단결정은 열전도가 Si의 3배 이상이며 300℃이상의 고온에서도 전기적 특성이 안정되기 때문에 향후 에너지 절약화의 핵심 재료로 기대되고 있다.

○ SiC는 Si-C계 상평형도를 보면 2,830℃ 정도에서 분해하기 때문에 오래 전부터 SiC의 단결정 성장은 승화현상을 이용한 기상성장법이 이용되었다. 현재 대형 SiC 단결정 성장에 이용되는 방법은 개량 Lely법인 승화재결정법이 사용되고 있다.

○ SiC 결정은 약 250여 종으로 많은 다형이 알려져 있으며 안정상으로 많이 나타나는 것은 3C(cubic), 4H, 6H(hexagonal), 15R(rhombohedral)이지만 그중에서 3C, 4H, 6H의 3종이 응용성에서 가장 유력하다.

○ SiC 관련 연구는 단결정 생산기술과 에피택시 성장기술을 포함한 디바이스 개발로 구분되어 진행되고 있다. 세계적으로 많은 연구를 하는 나라는 미국, 스웨덴, 일본이다. 2006년 SiC 단결정 세계시장 규모는 40억 엔으로 추정된다. 향후 디바이스 실용화가 진행됨에 따라 그 수요는 확대될 것이다. 일본 야노(Yano)경제연구소는 SiC 단결정 세계시장 규모를 2010년에 105억 엔, 2015년에는 300억 엔으로 예측하고 있다.

○ 이 문헌에서는 SiC 단결정 기술인 승화재결정법, 용액성장법 및 고온화학기상증착법에 대하여 형상과 동향에 대하여 설명하였다. 또한 향후 과제는 생산성 향상을 위한 프로세스의 멀티화(다수, 일괄처리)와 SiC 단결정의 고품질화를 지적하고 있다.

○ 국내 경우 1990년대 중반부터 기업이나 대학에서 연구 과제를 수행하였으나 관련 연구문헌 발표가 적은 편이다. SiC 단결정은 해결과제가 육성공정이나 웨이퍼 제조에서 많이 있는 상태이나 차세대 반도체 핵심 재료임에 틀림이 없다. 국내는 실리콘 웨이퍼에 대한 기술이 축적되어 있어 관련 업계에서 관심을 가지고 연구에 참여가 있기를 기대한다.

저자: Noboru Otani
자료유형: 학술정보