국내 반도체 장비기업 테스가 외산 장비가 독점해 온 화합물 반도체 장비 '에피 시스템(Epi System)' 시장에 승부수를 던졌다.
18일 업계에 따르면 테스는 최근 고구조적 안정성과 열 방출 특성이 뛰어난 질화알루미늄(AlN) 에피 공정의 기술적 검증을 완료, '질화갈륨(GaN) 에피 시스템' 양산 준비를 완료했다.
화합물반도체는 한 가지 원소(실리콘)로만 이루어진 일반 반도체와 달리 두 종류 이상 원소를 섞어 만든 반도체를 뜻한다. 고온·고전압에 강해 전기차, 통신장비에 활용도가 높다. 주로 실리콘(Si) 위에 탄화규소(SiC)나 질화갈륨(GaN)을 얇게 층을 쌓아 만든다.
저궤도(LEO) 위성이나 드론, 군용 레이더 장비에는 고주파(RF) 모듈이 들어가는데, 이 모듈에는 열에 강한 화합물 반도체가 필수다. 특히 '고성능 GaN RF 고전자이동도 트랜지스터(HEMT)' 소자에는 절연성과 열방출이 뛰어난 AlN이 필요하다.
실리콘 웨이퍼 위에 탄화규소나 질화갈륨을 쌓으면 원자 크기와 배열 간격이 서로 맞지 않아 층이 뒤틀리거나 금이 가기 쉽다. 이를 방지하려면 질화알루미늄을 중간에 끼워넣어 완충 작용을 해야 하는데, 이 과정에서 균일도를 확보하는 것은 가스를 원자 단위로 통제해야 하는 매우 고난이도 기술이다.
특히 반도체 원료가 되는 여러 가스가 웨이퍼에 닿기 전에 섞이는 '믹스존(Mix Zone)' 해결이 어렵다. 웨이퍼에 도달하는 가스의 양이 불균일해져 반도체 품질이 망가진다.
테스는 이 문제를 독자적인 가스 제어 기술 '튜너블 트리플 페어 노즐(Tunable Triple Pair Nozzle)'을 통해 해결했다. 수직 대신 수평형(Horizontal)으로 노즐 구조를 설계해 가스끼리 섞이는 문제를 최소화했다. 또한 상·하로 구성된 노즐의 독립제어를 통해 균일도를 높였다.
테스 내부 테스트 결과, 별도의 레시피 수정 없이 34회 연속 공정(Run)을 진행했음에도 불구하고 동일한 품질의 결과물을 얻어냈다. 별도의 레시피 튜닝 없이도 예방 정비(Preventive Maintenance) 이후 동일한 결과물이 나와 공정 재현성도 뛰어난 것으로 나타났다.
테스는 이미 지난해 자사 SiC 장비를 통해 두께 균일도를 8인치 기준 1% 이하 수준(THK 평균 0.69%)으로 유지하는 데 성공한 바 있다. 이는 글로벌 티어 장비사들 공식 기술 사양서 기준(1.5% 이하)과 대등하거나 오히려 앞선 수치다.
테스는 최근 GaN RF 국내외 주요 고객사를 대상으로 데모(Demo) 장비 공급을 조율하면서 동시에 독일 소재 주요 기술연구소와 기술 검증 과정을 진행하고 있다. 테스 관계자는 “화합물 반도체 성장 장비 분야에서 15년 동안 축적해 온 기술력이 이제 본격적인 결실을 맺을 시점”이라고 말했다.
이형두 기자 dudu@etnews.com
