아이멕, 신에츠화학의 300mm QST™ 기판에서 세계 기록인 GaN 항복전압 650V 초과 달성

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2025-11-14 15:50

도쿄, 일본--(Business Wire / 뉴스와이어)--신에츠화학공업(Shin-Etsu Chemical Co., Ltd., 본사: 도쿄, 대표: 사이토 야스히코(Yasuhiko Saitoh), 이하 신에츠화학)이 개발한 300mm 질화갈륨(GaN) 성장 기판인 QSTTM 기판[1]이 아이멕(IMEC)[2]의 300mm GaN 전력 소자 개발 프로그램에 채택돼 샘플 평가가 진행 중이다. 평가에서 QST™ 기판을 사용한 5µm 두께 HEMT[3] 소자가 300mm 기판 기준 650V를 초과하는 내전압으로 신기록을 달성했다.

신에츠화학은 큐로미스(QROMIS, Inc., 본사: 미국 캘리포니아, 최고경영자: 셈 바세리(Cem Basceri))로부터 라이선스를 받아 150mm 및 200mm QST™ 기판과 다양한 직경의 GaN-on-QST™ 에피택셜 기판을 제조하고 있다. 2024년 9월에는 큐로미스와의 공동 이니셔티브로 300mm QST™ 샘플 제공을 시작했다.

또한 신에츠화학과 큐로미스는 벨기에 루벤에 본사를 둔 아이멕의 최첨단 300mm CMOS 팹(fab)에 300mm QST™ 기판을 제공하기 위해 긴밀한 파트너십을 구축했다. 아이멕은 2025년 10월 공식 출범한 300mm GaN 전력 소자 개발 프로그램[4]을 통해 300mm QSTTM를 사용한 GaN 전력 소자 개발 계획을 발표했다. 아이멕은 AI 데이터센터·산업 및 자동차 애플리케이션을 겨냥해 650V급 제품을 개발했으며, 이어 1200V 이상 내압 모델을 개발할 예정이다.

초기 평가 결과에 따르면 아이멕은 아익스트론(Aixtron)[5]의 하이페리온(Hyperion) MOCVD 장비를 사용해 SEMI 표준을 준수하는 신에츠화학의 300mm QST™ 기판 위에 5µm 두께의 고전압 GaN HEMT 구조를 성공적으로 제작했다. 이를 통해 SEMI 표준을 준수하는 기판에서 650V를 크게 상회하는 800V 이상의 세계 최고 항복전압(breakdown voltage)을 달성했으며, 우수한 면내 균일성(in-plane uniformity)을 입증했다. 이러한 결과는 GaN과 열팽창계수가 일치하는 QST™ 기판이 대구경에서도 뛰어난 GaN 결정 성장 성능을 안정적으로 제공할 수 있음을 보여준다.

기존 실리콘 웨이퍼 생산 라인을 GaN에 사용할 수 있어 기판 직경을 늘리면 생산 비용을 절감할 수 있을 것으로 기대된다. 그러나 실리콘 웨이퍼상의 GaN 성장은 웨이퍼 휨(warpage) 등의 문제로 인해 직경이 커질수록 생산 수율이 점점 저하돼 실질적인 양산을 가로막았다. 300mm QST™ 기판은 기존 실리콘 웨이퍼 기판에서는 불가능했던 휨이나 균열이 없는 고전압 애플리케이션용 후막 300mm GaN의 에피택셜 성장을 가능하게 함으로써 이 문제를 해결하고 소자 비용을 크게 절감한다. 현재까지 신에츠화학은 150mm 및 200mm QSTTM 기판을 위한 설비를 강화해 왔으며 현재 300mm QSTTM 기판의 양산을 위해 노력하고 있다.

QSTTM 기판은 현재 전력 소자, 고주파 소자, LED 소자 등의 애플리케이션을 위해 많은 일본 국내외 고객사에서 평가받고 있다. 최근 AI 데이터센터 전원 공급 장치에 대한 관심이 증가함에 따라 이를 대응하기 위한 실용화 개발 단계에 있다.

150mm~300mm QSTTM 기판 라인업은 다양한 GaN 소자의 확산을 크게 가속화하는 데 도움이 될 수 있다. 신에츠화학은 미래 사회에 필수적인 특성을 결합한 GaN 소자의 사회적 구현을 앞당겨 에너지를 효율적으로 사용할 수 있는 지속가능한 사회 실현에 기여하기 위해 최선을 다하고 있다.

[1] QSTTM 기판은 큐로미스(QROMIS, 미국 캘리포니아, 최고경영자: 셈 바세리(Cem Basceri))가 개발한 GaN 성장 전용 복합 소재 기판으로, 2019년 신에츠화학에 라이선싱됐다. QSTTM는 큐로미스의 미국 등록상표다(등록 번호 5277631).

[2] 아이멕(IMEC)은 벨기에 루벤에 본사를 둔 반도체 기술 분야의 세계적인 국제 비영리 연구개발 조직이다.

[3] ‘고전자 이동도 트랜지스터(High Electron Mobility Transistor)’의 약어. 화합물 반도체(갈륨 비소, 질화갈륨 등)를 사용해 전자가 별도의 층에서 공급되고 이동하는 이종 구조를 가진 전계 효과 트랜지스터(FET).
(극도로 높은 전자 이동도로 인해 기존 Si 트랜지스터보다 빠른 속도와 고주파 동작을 제공한다.)

[4] IMEC 보도자료 링크
https://www.imec-int.com/en/press/imec-launches-300mm-gan-program-to-develop-power-devices

[5] 독일 헤르초게나우라흐에 본사를 둔 다국적 기업으로, 주로 GaN MOCVD 장비 및 SiC 에피택셜 성장 장비 등 화합물 반도체 제조 장비를 개발 및 판매한다.

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