[알아봅시다] 첨단산업 부품소재 SiC

실리콘 잇는 차세대 핵심소재
반도체ㆍ디스플레이ㆍ태양전지까지 '약방의 감초'

열ㆍ마모ㆍ화학에 견디는 힘 좋아 활용도 높아
반도체 전 공정서 실리콘ㆍ석영 대체 움직임
CVD 공법 고순도 가능해 강점… 수명은 짧아


우리나라 첨단산업을 이끌고 있는 대표 분야에는 반도체, 디스플레이, 조선, 화학, 항공 등이 있습니다.

이러한 산업에 반드시 필요한 소재가 바로 SiC (실리콘 카바이드)입니다. SiC는 내마모성, 열전도성, 강도, 인성, 내식성, 내화학성, 내열성 등의 장점을 지닌 복합소재로, 특히 반도체 분야에서 활용도가 높은 소재입니다.

주로 더미 웨이퍼(Dummy Wafer), 보트(Boat), 튜브(Tube), 링(Ring) 등의 반도체 부품에 사용되는데요. 최근에는 반도체 전 공정에서 실리콘이나 석영으로 쓰여진 부품을 이들 보다 물질 특성이 우수한 SiC로 대체하는 추세입니다.

올해 초 미국항공우주국(NASA)에서 우주선 터빈추진엔진 위치센서의 실리콘 칩을 SiC 칩으로 대체해 사용키로 해 화제가 된 바 있습니다.

SiC와 같은 첨단부품 소재의 생산기술이 발전할수록 일반산업은 물론 반도체와 같은 고부가가치 분야가 동반 성장할 수 있습니다. 이러한 기술력이 바로 국가경쟁력을 강화시키는 한 요인이 되겠지요.

◇우리나라 SiC 개발 기술력 어디까지 왔나=SiC를 만드는 기술은 여러 가지입니다.

반응소결법, 상압소결법, 핫 프레스(Hot Press)법, CVD 공법 등이 대표적인데요. 이 공법들은 각기 다른 장점을 갖고 있지만 제조과정이 복잡하고, CVD 공법을 제외한 나머지 공법들은 대부분 제품생산과정에서 반도체 불순물을 발생시키는 단점이 있습니다.

만약 보론(B), 알루미늄(Al)과 같은 잔존물이 남아 있을 경우 반도체 공정에서 파티클 소스로 나타날 수 있습니다. 이럴 경우 반도체 제조에 치명적인 결함요소로 작용하게 됩니다.

때문에 최대한 고순도의 제품을 얻을 수 있는 방식이 필요한데, CVD 공법을 이용하면 반도체 불순물을 발생시키지 않는 고순도의 제품을 얻을 수 있습니다. 이 공정은 흑연에 SiC를 코팅하는 방식입니다. 그러나 CVD 공법도 최대 가능한 코팅 두께가 100~200㎛에 불과하고, 비용이 많이 들며 수명이 짧다는 한계가 있습니다.

최근에는 국내 한 벤처기업이 SiC를 만드는 기법중 하나인 ACM 공법을 개발해 기존 공정이 갖는 단점을 극복했습니다.

이 공법은 탄소로 성형한 프리폼과 금속, 비금속과의 반응 결합을 이용해 제품을 생산하는 방식입니다. 이 방식을 이용하면 기존 SiC 생산의 복잡한 과정을 생략할 수 있습니다.

ACM공법을 이용하면 이론에 가까운 특성을 지닌 최대 두께 100㎜의 고밀도, 고순도 SiC 제조가 가능합니다. ACM공법은 CVD공법에 비해 대형 사이즈 및 대량 생산이 용이하기 때문에 경쟁력을 확보했다는 평가입니다. 또 기존 공법이 거쳐야 하는 복잡한 가공 과정을 간단한 후가공으로 대체할 수 있어 납기일의 단축도 가능할 것으로 보입니다.

길재식기자 osolgil@

◆ 용어설명

더미웨이퍼(Dummy Wafer) : 생산웨이퍼의 빈자리를 매워 배치(Batch) 단위의 공정이 진행될 수 도 있도록 하는 웨이퍼

보트(Boat) : 열산화막 확산 CVD공정에서 웨이퍼를 확산로에 넣을 때 사용하기 위한 제품

튜브(Tube) : 열산화막 확산 CVD공정에서 Boat류 제품을 감싸는 제품

링(Ring) : 가스환경에서 웨이퍼 끝을 감싸는 제품