"유럽·일본 독점 깼다" 테스, 차세대 전력반도체 'SiC 에피 장비' 상용화

8인치 웨이퍼 공정용 고온 CVD 장비…세계 최초 수준의 성능 확보
온도 편차 5도 이하·도핑 균일도 극대화…ICSCRM 2025서 첫 공개

테스의 에피택시 성장을 위한 고온 화학기상증착 장비 트리온(TRION). 테스 제공

국내 반도체 장비 전문기업 테스가 실리콘카바이드(SiC·탄화규소) 전력반도체 제조의 핵심 공정 장비를 독자 기술로 상용화했다. 지금까지 유럽과 일본 업체들이 사실상 독점해온 고난도 분야에서 국내 기업이 첫 국산화에 성공한 것이다.

테스는 SiC 전력반도체의 필수 공정인 에피택시(Epitaxy) 성장을 위한 고온 화학기상증착(HTCVD·High Temperature Chemical Vapor Deposition) 장비 '트리온(TRION)'을 상용화하고, 본격 양산 출시에 들어간다고 11일 밝혔다.

TRION은 SiC 웨이퍼 표면에 고온에서 결정 구조를 정밀하게 쌓아주는 에피 공정 전용 장비다. 1650도 고온에서도 8인치 웨이퍼 전면의 온도 편차를 5도 이내로 유지하며, 두께와 도핑 농도(불순물 투입)를 정밀하게 제어할 수 있는 것이 강점이다. 테스는 이 장비를 오는 14일 부산 벡스코에서 열리는 세계 최대 탄화규소 학술대회 ICSCRM 2025에서 공개할 예정이다.

전력반도체는 전기를 스위칭하거나 제어하는 기능을 담당하는 반도체다. 전기차나 태양광 인버터, 산업용 모터, 데이터센터 전원 장치 등 고전압·고전류 환경에서 필수 부품이다. SiC 소재는 기존 실리콘(Si) 대비 전력 효율이 뛰어나고 발열도 적어 고성능 전력반도체의 핵심 소재로 꼽힌다. 

다만 SiC는 결정 구조가 단단하고 불순물이 많아 웨이퍼 제조와 에피 성장 공정의 기술 장벽이 여전히 높은 상황이다. 특히 웨이퍼 위에 얇은 반도체 층을 원자 단위로 정밀하게 성장시키는 ‘에피택시’ 공정은 수율을 좌우하는 핵심 기술로, 지금까지는 독일, 네덜란드, 일본 기업들이 장비 시장을 사실상 독점해왔다.

특히 고전압·고온 환경에서 사용되는 SIC 전력반도체에선 마이크로미터 두께의 에피층을 정밀하게 형성해야 해 온도 제어와 도핑 균일도 확보가 핵심 과제다.

테스는 이 같은 한계를 극복하기 위해 지난 3년 간 연구개발(R&D)을 이어왔다. 트리온에 담긴 핵심 기술은 두 가지다. 하나는 반도체 1650도라는 극고온에서도 웨이퍼 내 온도 편차를 5도 이하로 제어할 수 있는 기술이다. 또 다른 핵심 기술은 공정 가스의 양, 속도, 방향을 미세하게 조절해 반도체 층의 두께와 불순물 도핑 농도의 균일도를 극대화하는 기술이다.

트리온은 현재 글로벌 고객사로부터 성능 검증을 받고 있다. 테스 관계자는 "기존 경쟁사들이 사용하던 팬케익형 반응기 구조보다 에피 성장의 품질과 정밀도, 유지보수 편의성이 모두 뛰어나다"며 "전기차, 통신, 산업용 전력반도체 시장 확대에 따라 수요가 급증하는 SiC 에피 장비 시장에서 주도권 확보에 나설 것"이라고 말했다.

황정환 기자 jung@hankyung.com