아이멕(Imec)이 전력 반도체의 대형화와 제조 효율 향상을 위한 300mm(밀리미터) GaN(질화갈륨) 오픈 이노베이션 프로그램 트랙을 출범했다.
이번 프로그램은 GaN 전력 전자 기술에 관한 imec 산업 제휴 프로그램(IIAP)의 일환으로, 엑시트론(AIXTRON), 글로벌파운드리(GlobalFoundries), KLA 코퍼레이션, 시놉시스(Synopsys), 비코(Veeco) 등 글로벌 반도체 장비 및 설계 기업이 첫 파트너로 참여했다.
Imec은 이번 트랙을 통해 300mm GaN 에피택셜 성장(Epitaxy)과 저·고전압용 GaN HEMT(고전자이동도 트랜지스터) 공정 플로우를 개발한다. 300mm 기판을 적용하면 생산 단가를 낮추고, CPU·GPU용 고효율 저전압 POL(Point-Of-Load) 컨버터 등 차세대 전력 전자 소자 개발이 가능해진다.
이미 시장에서는 GaN 기반 초고속 충전기가 상용화되며 GaN의 잠재력을 입증했다. 실리콘(Si) 기반 솔루션 대비 소형·경량·고효율을 갖춘 GaN 기술은 자동차용 온보드 충전기(OBC), 태양광 인버터, AI 데이터센터 전력 분배 시스템 등 고효율·저전력 산업의 핵심으로 부상하고 있다. 현재 대부분의 GaN 생산은 200mm 규모에서 이뤄지고 있으며, Imec은 이 기술적 기반을 바탕으로 300mm로의 전환을 추진한다. 이를 통해 생산 확장, 비용 절감, 공정 효율화 등을 동시에 달성할 계획이다.
스테판 드쿠테르 Imec GaN 전력 전자 프로그램 펠로우 겸 프로그램 디렉터는 “300mm 웨이퍼 전환의 이점은 생산 확대와 제조비 절감뿐 아니라, 첨단 CMOS 장비 접근성을 확보해 GaN 전력 소자 연구를 한층 가속화할 수 있다는 점”이라며 “대표적으로 CPU·GPU용 전력 분배에 적합한 초소형 저전압 p-GaN 게이트 HEMT를 개발 중”이라고 밝혔다.
프로그램 초기에는 300mm 실리콘(111) 기판 기반의 저전압(100V 이상) 애플리케이션용 측면 p-GaN HEMT 기술 플랫폼을 구축한다. 현재 p-GaN 식각 및 옴접촉(Ohmic contact) 형성 공정 모듈 개발이 진행 중이며, 이후에는 650V 이상 고전압용 QST 엔지니어드 기판(폴리크리스탈린 AlN 코어 적용)을 활용한 개발로 확장된다.
이 단계에서는 웨이퍼 뒤틀림(bow) 제어와 기계적 강도 확보가 핵심 과제로 꼽힌다. Imec은 이미 300mm 웨이퍼 핸들링 테스트와 마스크 세트 개발을 완료했으며, 2025년 말까지 300mm 클린룸 전용 장비 라인을 완비할 예정이다.
드쿠테르 디렉터는 “300mm GaN 개발의 성공은 생태계 구축과 설계, 에피, 공정, 패키징의 유기적 결합에 달려 있다”며 “엑시트론, 글로벌파운드리, KLA, 시놉시스, 비코 등 주요 파트너가 초기 트랙에 참여하게 돼 기쁘다”고 말했다. 그는 이어 “200mm GaN 연구를 통해 입증된 협력 모델을 300mm 생태계로 확장해 전력 전자 혁신을 가속화할 것”이라고 강조했다.
헬로티 이창현 기자 |
