- 2016년 사업화 추가R&D지원 사업, '2016년 융합부품실험실 실리콘분야 운영(Use-Rate1) 사업' 연구 개발 결과 중 ‘IGBT 전력반도체 적용을 위한 레이저 어닐링 평가 기술’을 개발하여 그 기술을 외부 중견기업에 기술이전하고자 함
- 본 이전기술은 전력반도체 특히 FS-IGBT 소자에 적용 가능한 레이저 어닐링 공정을 개발하기 위해 레이저 광침투 깊이 분석, 레이저에 의한 웨이퍼 Damage 평가 최종적으로 FS-IGBT 소자에 레이저 어닐링을 적용하여 전력반도체 웨이퍼 후면용 레이저 어닐링 장비를 개발하기 위한 공정을 평가하는 기술임
○ 세계 전력반도체 시장은 연평균 11.5% 성장을 거듭하며 점점 규모가 증가할 것으로 전망되며 부문별로 IGBT, MOSFET 소자가 시장 성장을 주도하고 있음.
○ 전력반도체는 인버터나 모터 드라이버에 활용되고 있는 600V, 1200V급 Field Stpo IGBT 소자 시장이 가장 크며, 특히 상기 소자는 웨이퍼 두께 감소, 웨이퍼 후면 이온주입 공정 후 이온의 활성화를 위한 열처리 공정에 어려움을 겪고 있음.
○ FS-IGBT 소자는 전공정이 완료된 후 최대 50㎛ 두께로 웨이퍼를 연마한 후, 웨이퍼 후면에 p+/n- 불순물을 형성하는데 기존 확산로를 이용한 웨이퍼 후면 공정방법으로는 전면 금속배선 손상, 불순물 이온 활성화 깊이 부족 등 소자의 성능을 떨어뜨리는 문제점이 있음.
○ 본 기술이전을 통하여 두께가 얇은 FS-IGBT 전력반도체 소자의 성능을 향상시키는 웨이퍼 후면 열처리용 레이저 어닐링 공정 평가 기술을 국내업체에 기술이전함으로써, 전력반도체 특히 FS-IGBT 소자용 레이저 어닐링 장비 개발이 가능해 국외 업체에서 개발 중인 레이저 어닐링 장비 시장에 국내업체로는 유일하게 진입할 수 있어 장비 국산화가 가능해짐. 아울러 레이저를 이용한 디스플레이 및 반도체 장비로 세계 반도체 시장 진출이 가능하게 되어 브랜드 이미지 제고 및 한단계 성장하는 계기가 됨.
- 이전 기술은 웨이퍼에 대한 레이저 광침투 깊이가 2㎛ 이상이며, 레이저 어닐링 후 웨이퍼에 대한 Damage 평가 시 저항 소자의 Sheet Resistance 값이 900ohm/sq 이하이고 PIN Diode 소자가 동작하며, 1200V FS-IGBT 소자에 레이저 어닐링 적용 시 Breakdown Voltage 1200V 이상, Threshold Voltage 4V 이상, Vec(sat) 2.2V 이하의 특성을 가진 레이저 어닐링 공정에 대한 평가 기술임
○ 기술이전 대상 기술은 두께가 얇은 FS-IGBT 전력반도체 소자의 성능을 향상시키는 웨이퍼 후면 열처리용 레이저 어닐링 공정 평가 기술로써 레이저 광이 소자가 원하는 깊이만큼 침투해야 하고 레이저 어닐링 시 웨이퍼에 대한 Damage가 없어야 하며 최종적으로 FS-IGBT 소자에 적용 시 우수한 성능이 요구되어야 함. 이를 위해서는 아래의 기술이 확보되어야 함.
- 웨이퍼 후면 이온 활성화를 위한 레이저 광침투 깊이 분석 기술
- 웨이퍼 Damage를 평가할 수 있는 저항 소자/Diode 소자 제작 및 평가 기술
- 레이저 어닐링 적용 특성 확인을 위한 FS-IGBT 소자 제작 및 평가 기술
○ 기술이전 대상 기술인 IGBT 전력반도체 적용을 위한 레이저 어닐링 공정의 주요 특성은 아래와 같음.
- 레이저 광침투 깊이 : ≥ 2.0㎛
- 레이저 어닐링 시 저항 소자의 Sheet Resistance : ≤ 900ohm/sq
- 레이저 어닐링 시 PIN Diode 소자 동작
- FS-IGBT 소자에 레이저 어닐링 적용 시 Breakdown Voltage : ≥ 1200V
- FS-IGBT 소자에 레이저 어닐링 적용 시 Threshold Voltage : ≥ 4V
- FS-IGBT 소자에 레이저 어닐링 적용 시 Vce(sat) : ≤ 2.2V
○ 레이저 어닐링 평가를 위한 소자/공정/제작 기술
- 웨이퍼에 레이저 광침투 깊이 분석을 위한 시편 제작 기술
- 저항 소자 공정 및 제작 기술
- PIN Diode 소자 공정 및 제작 기술
- FS-IGBT 전력반도체 소자 공정 및 제작 기술
○ 레이저 어닐링 후 전력반도체 적용을 위한 평가 기술
- 웨이퍼 후면 레이저 광침투 깊이 분석 기술
- Damage 확인을 위한 저항 소자/Diode 소자 특성 평가 기술
- 전력반도체 적용을 위한 FS-IGBT 소자 특성 평가 기술
○ 기술 이전을 통한 전력반도체 후면 열처리용 레이저 어닐링 공정을 개발하면 국외 업체에서 개발 중인 레이저 어닐링 장비 시장에 국내업체로는 유일하게 진입할 수 있어 장비 국산화가 가능해짐. 또한 개발 성공 시 국내외 시장에서의 독보적인 기술력을 통해 새로운 시장을 창출하고 기술을 선점할 수 있을 것으로 기대됨.
○ 국내 전력반도체 제조업체는 레이저 어닐링 장비와 유사한 성능을 내는 장비를 해외에서 수입해 오고 있는 상황이지만 본 기술 개발 시 장비의 국산화가 곧바로 이루어질 것으로 기대되고, 전력반도체에 적용 가능한 레이저 어닐링 솔루션이 개발되면 국내 전력반도체 제조업체에서도 고부가가치의 전력반도체 소자 제품 개발 등 기술 확대 및 응용 가능성이 커져 경제적.산업적 효과가 있을 것으로 기대됨.
○ 전력반도체 소자의 성능을 향상시키는 레이저 어닐링 공정이 개발되면 우수한 성능의 소자 개발이 가능해져 국내 전력반도체 산업의 시장 점유율이 향상됨. 아울러 시장 점유율 증가로 전력반도체 제품의 생산성이 증가되어 사회적으로 고용창출, 생산성 향상 등 기대효과를 볼 수 있음.