실리콘 반도체 한계 극복 기대
유리기판 가능…생산성 대폭↑
주성엔지니어링이 현 반도체의 주원료인 실리콘(Si)을 질화갈륨(GaN), 비소화갈륨(GaAs)으로 대체할 수 있는 원자층증착(ALD) 장비를 3년 내 상용화한다. 이른바 3-5족 화합물로 불리는 이들 반도체는 실리콘보다 전자 이동 속도가 빨라 공정 미세화 한계에 이른 실리콘 반도체의 한계를 극복할 것으로 주목되는 기술이다.
황철주 주성엔지니어링 회장은 최근 기업설명회(IR)에서 “1998년부터 3-5족 화합물을 기반으로 트랜지스터를 만드는 신기술을 개발했고 기술 내재화에 성공했다”며 “3년 내 태양전지, 인터포저 등을 시작으로 관련 장비를 상용화할 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.
3-5족 화합물 반도체는 원소 주기율표상 3족과 5족에 해당하는 원소를 결합해 만든 것이다. GaN과 GaAs가 대표적이다. 인듐인(InP), 인듐안티몬(INSb) 등도 있다.
3-5족 원소는 트랜지스터 주원료인 Si 대비 고가지만 물질 특성상 전자 이동 속도가 빠르다는 특징을 갖고 있다. 이는 같은 노광공정으로도 실리콘보다 더 뛰어난 반도체 성능을 구현할 수 있다는 의미다. 반도체 미세화를 하지 않아도 고성능을 낼 수 있다는 뜻이다.
주성엔지니어링은 이러한 3-5족 화합물을 겹겹이 증착할 수 있는 ALD 기술을 개발했다. 사파이어 웨이퍼 위에서 1100도 고온 공정을 거쳐야만 증착이 가능한 기술적 난제가 있었지만 300㎜ 실리콘(Si)·질화규소(SiN)·산화규소(SiO)·사파이어웨이퍼와 유리기판에서 420도로 증착에 성공했다고 설명했다.
황 회장은 낮은 온도에서 기술을 구현했기 때문에 2D 적층을 하더라도 그려넣은 회로가 녹지 않는다고 강조했다. 또 기존 기판 제약을 극복해 원가 절감이 가능했다고 설명했다. 유리기판도 사용할 수 있어 실리콘 웨이퍼의 한계인 300㎜(12인치) 크기 제약에서 벗어나 생산성을 대폭 끌어올릴 수 있다고 강조했다. 원료 상승분을 충분히 극복할 수 있다는 설명이다.
황 회장은 “좁은 공간에 더 많은 미세회로를 그려 넣기 위해 발전한 노광기술이 극자외선(EUV)인데, EUV는 장비가 고가”라며 “3-5족 화합물을 ALD 장비로 여러 차례 증착하고 반복적으로 노광을 거쳐 위로 쌓을 수 있기에 EUV를 사용할 때보다 10배 이상 원가 절감하는 것도 가능하다”고 말했다.
이어 “반도체 기술로 전기를 빛으로 만드는 게 디스플레이, 빛을 전기로 만드는 게 태양전지로 이들 분야에도 기술을 확대 적용할 수 있다”며 “마이크로LED의 경우 고가의 사파이어 웨이퍼를 유리기판으로 대체해 원가를 낮추고 현재보다 작은 마이크로미터(㎛) 단위 픽셀을 구현할 수 있을 것”이라고 덧붙였다.
황 회장은 3-5족 화합물 반도체 공정 연구는 주성엔지니어링뿐 아니라 세계 주요 반도체 장비사들도 진행하는 것으로 안다면서, 향후 반도체 시장을 크게 뒤흔들 기술이 될 것이라고 전망했다.
그는 “주성엔지니어링은 23개 세계 최초 기술을 개발, 경쟁이 없는 신시장을 개척하면서 성장한 기업”이라며 “향후 도쿄일렉트론(TEL), 램리서치만큼 회사가 성장할 수 있을 것으로 자신한다”고 말했다.
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