4인치에서 8인치로: SiC 반도체 성장의 10년

2013년 업계에서는 탄화규소의 상용화 가능성에 대해 질문을 던졌다. 10년 후 SiC는 EV와 재생 에너지에 전력을 공급하며 실제 경쟁은 재료, 장비 및 제조 수율로 이동했습니다. 10년 만에 SiC 웨이퍼는 에피택시 장비가 단계적으로 발전하면서 4인치에서 8인치로 성장했습니다. 웨이퍼 자체 외에도 CVD SiC 코팅, Solid CVD SiC 및 TaC 코팅은 이제 고온 내식성 장비를 안정적으로 작동시킵니다. VETEK Semiconductor는 대규모 SiC 제조를 위한 세 가지 재료 솔루션을 모두 제공합니다.

SiC의 변혁 10년: 연구실 재료에서 주류 전력 반도체로

SiC는 2013년 유망한 실험실 재료에서 오늘날 EV, 전력 전자 장치 및 에너지 전환을 뒷받침하는 주류 기술로 전환했으며, 업계의 초점은 기술 입증에서 대규모 제조 마스터링으로 전환되었습니다.

아래 표는 지난 10년 동안 SiC 산업의 우선순위가 어떻게 변화했는지 요약합니다.

2013년과 현재: SiC 산업의 초점이 어떻게 바뀌었나요?

SiC 상용화의 핵심 과제: 에피택시 기술

에피택시 장비는 항상 SiC 상용화의 기술적 병목 현상이었습니다. 초기 6인치 플랫폼부터 오늘날의 자동화된 150mm/200mm 시스템에 이르기까지 에피택시 반응기의 진화를 통해 업계의 발전을 직접 추적할 수 있습니다.

2013년에는 SiC 상용화가 가속화되었으며 장비 제조업체는 주로 6인치(150mm) SiC 에피택시 역량을 중심으로 경쟁하고 있었습니다. Semiconductor Today는 당시 몇 가지 대표적인 시스템에 대해 보도했습니다.

대표적인 SiC 에피택시 장비, 2013

이러한 초기 시스템은 6인치 SiC 에피택시 달성, 에피택셜 층 균일성 개선, 결함 밀도 감소, 초기 전력 장치 상용화 요구 사항 충족이라는 네 가지 문제를 해결하기 위해 설계되었습니다.

EV 채택, EV 충전 인프라, 태양광+저장 시스템 및 산업용 전력 시장이 빠르게 확장됨에 따라 SiC 장치에 대한 수요도 증가했으며, 에피택시 장비는 소규모 배치 R&D 플랫폼에서 대규모 제조를 위해 구축된 차세대 시스템으로 진화했습니다. 오늘날의 대표적인 플랫폼은 다음과 같습니다.

대표적인 SiC 에피택시 장비, 오늘날

4인치에서 8인치로: 웨이퍼 스케일링으로 비용을 절감하고 생산량을 높이는 방법

SiC 웨이퍼 직경의 모든 단계(4인치에서 6인치, 현재는 8인치)는 웨이퍼당 생산량을 높이고 제조 비용을 낮추기 위해 존재하며, 업계는 현재 6인치에서 8인치로 전환하는 과정에 있습니다.

2013년 SiC 업계는 4인치에서 6인치 웨이퍼로의 전환을 추진하고 있었습니다. 당시 Cree, Dow Corning, Showa Denko, Norstel 등의 회사는 모두 6인치 SiC 기판과 에피택시 용량을 확장하고 있었습니다. 더 큰 웨이퍼로 전환하려는 목표는 간단했습니다. 즉, 웨이퍼당 생산량을 늘리고 제조 비용을 낮추며 업계 전반의 확장성을 향상시키는 것입니다.

10년 이상이 지난 지금은 동일한 논리가 6인치에서 8인치로의 전환을 주도하고 있습니다. 세계에서 세 번째로 큰 실리콘 웨이퍼 제조업체인 GlobalWafers는 업계 전반의 8인치 SiC 웨이퍼 생산이 2025~2026년까지 급격히 가속화될 것이라고 밝혔습니다. 이는 불과 2년 전에는 비현실적이라고 여겨졌던 전환입니다(GlobalWafers, 2023). Onsemi와 Resonac도 마찬가지로 8인치 SiC 기판과 에피택셜 웨이퍼를 검증하고 강화하기 위해 2025년을 목표로 삼았습니다(Compound Semiconductor News, 2024).

SiC 웨이퍼가 커지면 무엇이 달라지나요?

웨이퍼 직경과 품질 요구 사항이 모두 높아지면서 제조 공정 전반에 걸쳐 사용되는 재료와 장비 구성 요소는 웨이퍼 자체만큼이나 SiC의 발전에 결정적인 역할을 하게 되었습니다.

웨이퍼 너머: 장비 부품이 SiC 칩만큼 중요한 이유

SiC 웨이퍼, MOSFET 및 전력 모듈이 가장 많은 관심을 받지만 에피택시 및 결정 성장 반응기 내부의 장비 구성 요소도 마찬가지로 극한 조건에 직면해 있으며 기존 흑연만으로는 더 이상 오늘날의 요구 사항을 충족하기에 충분하지 않습니다.

SiC 산업에 대한 논의는 SiC 웨이퍼, SiC MOSFET, 전력 모듈의 세 가지에 초점을 맞추는 경향이 있습니다. 실제로 이를 제조하는 데 사용되는 장비 구성요소도 마찬가지로 중요합니다. 에피택시 반응기, 결정 성장로 및 기타 고온 반도체 공정 내부의 내부 구성 요소는 다음을 견뎌야 합니다.

• 초고온 환경

• H2, HCl 등의 부식성 공정 가스

• 웨이퍼 오염을 방지하기 위한 엄격한 청결 요구 사항

기존 흑연은 강력한 열 성능을 제공하지만 장기간 사용하면 표면 부식, 입자 생성 및 서비스 수명 단축이 발생하기 쉽습니다. 이 모두는 웨이퍼 수율과 공정 일관성을 직접적으로 위협합니다. 이것이 바로 CVD SiC 코팅 기술이 점점 더 좁혀지기 위해 개입하고 있는 격차입니다.

CVD SiC 코팅: 안정적인 고온 장비를 뒷받침하는 기술

SiC 에피택시와 SiC 코팅은 서로 다른 목적을 제공하는 서로 다른 두 가지 기술입니다. 에피택시는 반도체 재료 자체를 만드는 반면, CVD SiC 코팅은 이를 제조하는 장비를 보호합니다.

SiC 에피택시는 반도체 재료 제조에 사용됩니다. 이와 대조적으로 SiC CVD 코팅은 주로 반도체 장비의 중요한 내부 부품에 적용되어 고온 및 부식에 대한 저항성을 향상시킵니다.

SiC 에피택시와 SiC 코팅 비교: 두 가지 다른 기술 

흑연 + SiC 복합재의 작동 방식

CVD SiC 코팅 흑연 부품은 현재 SiC 에피택시 장비, MOCVD 장비, LED 에피택시 장비 및 RTP/RTA 열처리 장비에 널리 사용됩니다. 고순도 흑연에 조밀한 SiC 층을 증착하면 두 재료의 장점이 결합됩니다.

Graphite + SiC가 복합재로 작동하는 이유

VETEK Semiconductor의 고급 SiC 소재 솔루션

3세대 반도체가 지속적으로 확장됨에 따라 VETEK Semiconductor는 SiC 제조 장비의 특정 열 및 화학적 요구 사항에 맞게 설계된 CVD SiC 코팅 흑연, 고체 CVD SiC 및 TaC 코팅의 세 가지 보완 재료 솔루션을 공급합니다.

CVD SiC 코팅 흑연 부품

VETEK의 CVD SiC 코팅 흑연 부품은 SiC 에피택시 서셉터, MOCVD 캐리어, 웨이퍼 캐리어, 하프문 부품 및 반도체 열 부품에 사용됩니다.

• 고순도 SiC 코팅

• 우수한 열 균일성

• 고온 안정성

• 강한 내식성

SiC 에피택시, MOCVD 및 반도체 열 응용 분야를 위한 VETEK CVD SiC 코팅 흑연 부품입니다.

고체 CVD SiC 부품

고급 식각 및 고온 공정을 위해 Solid CVD SiC는 더 높은 등급의 재료 성능을 제공합니다. 일반적인 응용 분야에는 포커스 링, RTP/EPI 구성 요소 및 플라즈마 프로세스 구성 요소가 포함됩니다.

• 조밀하고 다공성이 없는 구조

• 입자 발생이 매우 적음

• 우수한 플라즈마 저항성

• 긴 서비스 수명

고체 CVD SiC 포커스 링 및 플라즈마고급 식각 및 RTP/EPI 응용 분야를 위한 공정 구성 요소입니다.

TaC 코팅 솔루션

SiC 결정 성장 온도가 계속 상승함에 따라 탄탈륨 카바이드(TaC) 코팅은 초고온 열장에 중요한 소재가 되었습니다. TaC는 SiC 결정 성장 장비, 고온 열전계 부품 및 3세대 반도체 제조 환경에 적합한 더 높은 온도 안정성, 우수한 내산화성 및 뛰어난 화학적 안정성을 제공합니다.

초고온 SiC 결정 성장을 위해 설계된 TaC 코팅 핫존 구성 요소입니다.

이 세 가지 제품 라인은 SiC 제조 체인 전체에서 발견되는 다양한 열 및 화학 요구 사항을 해결합니다.

VETEK의 세 가지 SiC 소재 솔루션 요약

자주 묻는 질문

1. SiC 에피택시와 SiC 코팅의 차이점은 무엇입니까?

SiC 에피택시는 결정질 탄화규소 층을 성장시켜 반도체 웨이퍼와 장치를 만듭니다. SiC 코팅(CVD SiC)은 흑연이나 기타 기판에 얇고 조밀한 SiC 층을 증착하여 장비 구성 요소를 열과 부식으로부터 보호합니다. 동일한 제조 체인 내에서 서로 다른 목적으로 사용됩니다.

2. 흑연을 단독으로 사용하지 않고 SiC로 코팅한 이유는 무엇입니까?

베어흑연은 열전도율과 안정성이 우수하지만 시간이 지남에 따라 고온과 H2, HCl 등의 가스에 노출되면 부식되어 파티클이 발생합니다. 조밀한 CVD SiC 코팅은 흑연의 열 성능을 유지하면서 경도, 내화학성 및 고온 안정성을 추가합니다.

3. Solid CVD SiC는 어떤 용도로 사용되나요?

고체 CVD SiC는 초점 링, RTP/EPI 부품, 플라즈마 공정 부품 등 극도로 낮은 입자 생성과 긴 사용 수명이 요구되는 응용 분야를 비롯한 고급 식각 및 고온 공정에 사용되는 완전 밀도의 비다공성 탄화규소 소재입니다.

4. SiC 결정 성장에 TaC 코팅이 필요한 이유는 무엇입니까?

SiC 결정 성장 공정이 점점 더 높은 온도로 진행됨에 따라 핫존 부품에는 산화에 저항하고 극심한 열에서도 화학적으로 안정한 상태를 유지하는 재료가 필요합니다. TaC 코팅은 흑연 단독 코팅보다 더 높은 온도 안정성을 제공하므로 SiC 결정 성장로 및 고온 열장 부품에 매우 적합합니다.

5. 업계가 6인치에서 8인치 SiC 웨이퍼로 전환하는 이유는 무엇입니까?

웨이퍼가 클수록 웨이퍼당 다이 수가 늘어나 칩당 제조 비용이 낮아지고 확장성이 향상됩니다. 웨이퍼 제조업체와 칩 제조업체는 이제 EV, 재생 에너지, 산업용 전력 전자 분야의 증가하는 수요를 충족하기 위해 8인치 SiC 기판과 에피택셜 웨이퍼에 대한 인증을 받고 있습니다.

요약: SiC 제조는 공정 능력 경쟁 시대에 진입했습니다.

SiC 업계를 정의하는 질문은 소재가 상용화될 수 있는지 여부에서 대규모로 얼마나 효율적이고 깨끗하며 일관되게 제조될 수 있는지로 바뀌었습니다.

2013년 업계의 핵심 질문은 SiC가 과연 상용화될 수 있느냐는 것이었다. 10여년이 지난 오늘날, 그 질문은 '어떻게 하면 SiC 제품을 더 높은 효율성, 더 적은 결함, 더 높은 안정성으로 제조할 수 있을까?'로 바뀌었습니다.

SiC 산업이 지속적으로 확장됨에 따라 더 큰 웨이퍼 직경, 업그레이드된 에피택시 기술, 최적화된 제조 장비는 여전히 산업 발전의 핵심 방향으로 남아 있습니다. 동시에 고순도 CVD SiC 코팅, Solid CVD SiC, TaC 소재는 반도체 제조 안정성을 보장하는 핵심 기술로 자리잡고 있습니다.

VETEK Semiconductor는 첨단 반도체 소재에 주력하여 SiC 에피택시, 결정 성장 및 고온 반도체 제조를 위한 신뢰할 수 있는 소재 솔루션을 제공하여 차세대 반도체 산업을 지원합니다.

VETEK반도체 소개

VETEK Semiconductor는 SiC 에피택시, MOCVD, 결정 성장 및 고온 반도체 장비용 CVD SiC 코팅 흑연, 고체 CVD SiC 및 TaC 코팅 부품을 설계 및 제조합니다. 이 기사는 Semiconductor Today의 업계 보고와 현재 SiC 웨이퍼 시장 분석을 바탕으로 VETEK의 재료 엔지니어링 팀이 작성했으며, SiC 제조 라인에 부품을 공급하는 VETEK의 직접적인 경험을 반영합니다.

참조 출처: Semiconductor Today(2013년 업계 특집); GlobalWafers 공개 성명(2023); 화합물 반도체 뉴스(2024); Patsnap Eureka SiC 웨이퍼 가격 분석(2025년). VETEK 제품의 수치 및 장비 사양은 내부 제품 문서를 기반으로 합니다.