저·고전압 전력 전자 애플리케이션 위한 300mm GaN 기술 개발 중심의 신규 프로그램 트랙 발표
300mm 웨이퍼 전환 통해 첨단 전력 전자 소자 개발 및 제조 비용 절감
첫 프로그램 파트너로 엑시트론, 글로벌파운드리, KLA, 시놉시스, 비코 참여… 완전한 생태계 개발 지원
엑시트론의 300mm GaN-on-Si 웨이퍼를 imec이 p-GaN 식각 후 KLA 코퍼레이션의 8 시리즈CIRCLTM 검사 장비에서 분석하는 모습
나노전자공학 및 디지털 기술 분야의 세계적인 연구개발 기관 아이멕(Imec)이 저·고전압 전력 전자 애플리케이션을 위한 300mm(밀리미터) GaN(질화갈륨) 오픈 이노베이션 프로그램 트랙을 발표했다.
300mm GaN 프로그램 트랙은 GaN 전력 전자에 관한 imec의 산업 제휴 프로그램(IIAP)의 일환으로, 엑시트론(AIXTRON), 글로벌파운드리(GlobalFoundries), KLA 코퍼레이션, 시놉시스(Synopsys), 비코(Veeco)가 첫 파트너로 참여한다.
해당 프로그램은 300mm GaN 에피 성장과 저·고전압 GaN HEMT(고전자이동도 트랜지스터) 공정 플로우 개발을 목표로 한다. 300mm 기판을 사용하면 GaN 소자 제조 비용을 절감할 뿐만 아니라 CPU와 GPU를 위한 효율적인 저전압 POL(Point-Of-Load) 컨버터와 같은 첨단 전력 전자 소자 개발도 가능하다.
최근 시장에 도입된 GaN 기반 고속 배터리 충전기는 전력 전자 응용 분야에서 GaN 기술의 잠재력을 잘 보여준다. GaN 에피 성장, GaN 디바이스 및 IC 제조, 신뢰성 및 내구성, 시스템 최적화 등 지속적인 성과에 힘입어 GaN 기술은 차세대 전력 전자제품의 핵심 기술로 자리 잡을 전망이다. 이러한 제품들은 실리콘(Si) 기반 솔루션 대비 폼팩터가 작고 무게가 가벼우며 에너지 변환 효율이 뛰어나다.
대표적 적용 분야로는 △자동차 애플리케이션용 온보드 충전기(OBC)와 DC/DC 컨버터 △태양광 패널용 인버터 △통신 및 AI 데이터센터용 전력 분배 시스템 등이 있다. 이 같은 영역에서 GaN 기반 핵심 부품들은 사회 전반적인 탈탄소화, 전기화, 디지털화에 기여한다.
GaN 기술 개발의 주요 흐름 가운데 하나가 더 큰 웨이퍼 직경으로의 전환이다. 현재 대부분의 생산은 200mm 규모에서 이뤄지고 있다. Imec은 기존 200mm에서 축적한 전문성을 바탕으로 이번 300mm 프로그램을 통한 한층 고도화된 기술 개발에 나선다.
스테판 드쿠테르(Stefaan Decoutere) imec GaN 전력 전자 프로그램 펠로우 겸 프로그램 디렉터는 “300mm 웨이퍼 전환의 이점은 생산 확대와 제조 비용 절감에 그치지 않는다. Imec의 CMOS 호환 GaN 기술은 300mm 최첨단 장비에 접근 가능해 GaN 기반 전력 소자를 개발할 수 있게 됐다”며 “대표적으로 POL 컨버터에 사용할 수 있도록 극도로 스케일링 된 저전압 p-GaN 게이트 HEMT가 있다. 이는 CPU와 GPU의 에너지 효율적인 전력 분배를 지원한다”고 말했다.
300mm GaN 프로그램의 일환으로 300mm 실리콘(111)을 기판으로 사용한 저전압 애플리케이션(100V 이상)용 기본 측면 p-GaN HEMT 기술 플랫폼이 우선 구축된다. 이를 위해 p-GaN 식각 및 옴접촉(Ohmic contact) 형성 중심의 공정 모듈 작업이 진행 중이다. 이후에는 고전압 애플리케이션을 목표로 한다. 650V 이상 고전압용 개발에는 300mm 반도체 규격(semi-spec) 및 CMOS 호환 QST 엔지니어드 기판(폴리크리스탈린 AlN 코어를 가진 소재)이 활용될 예정이다. 이 과정에서 300mm 웨이퍼의 뒤틀림(bow) 제어와 기계적 강도 확보가 핵심 과제가 된다.
300mm GaN 프로그램은 성공적인 300mm 웨이퍼 핸들링 테스트와 마스크 세트 개발에 이어 출범했다. Imec은 2025년 말까지 300mm 클린룸에 300mm 공정 전용 장비를 완비할 예정이다.
스테판 드쿠테르는 “300mm GaN 개발의 성공은 견고한 생태계 구축 능력과 300mm GaN 성장 및 공정 통합부터 패키징 솔루션까지 공동으로 혁신을 추진하는 능력에 달렸다”며 “300mm GaN 관련 오픈 R&D 프로그램 트랙의 첫 파트너로 엑시트론, 글로벌파운드리, KLA, 시놉시스, 비코가 참여하게 돼 기쁘다”고 강조했다. 이어 “첨단 GaN 전력 전자 개발에는 설계, 에피택시, 공정 통합, 애플리케이션 간 긴밀한 결합이 필요한 만큼 더 많은 파트너가 합류하길 기대한다. 이는 200mm GaN에 대한 우리의 앞선 연구에서 중요한 것으로 입증됐다”고 덧붙였다.
uapple
기자
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