일본산업뉴스요약

덴소, 탄화규소 결정 제조에서 AI 활용
도요타자동차 등과 특허 출원 1부

덴소가 AI(인공지능)를 활용한 탄화규소(SiC)결정(結晶)제조기술 연구개발을 추진하고 있다. 도요타자동차 및 덴소와 도요타자동차가 공동 출자하는 반도체연구개발 기업 미라이즈테크놀로지스(아이치현)그룹이 관련된 특허를 출원했다. 덴소는 2026년 9월에 SiC 웨이퍼 공급을 시작. AI 기술을 구사해 품질 및 생산성을 높여, SiC 웨이퍼에서 앞서 있는 경쟁사에 대항해 나갈 방침이다.

“AI를 활용해 SiC결정성장기술 개선을 추진하고 있다’. 미라이즈의 가네무라(金村) 씨는 9월 7~10일에 개최된 ‘제86회 응용물리학회추계학술강연회’의 공개 심포지엄에서 SiC 파워반도체의 연구개발 상황에 대해 이렇게 밝혔다. 그는 강연에서 ‘SiC MOSFET’이라고 하는 파워반도체 소자(이하, 파워소자) 제조에 사용되는 SiC 웨이퍼와 SiC 웨이퍼의 베이스가 되는 SiC 단결정에 관한 연구개발 성과를 소개했다. SiC 단결정 덩어리는 ‘부울(Boule)’이나 ‘잉곳(Ingot)’ 등으로 불린다.

덴소는 SiC 파워소자와 SiC 파워소자가 채택된 모듈, 더 나아가 이 모듈로 구성된 인버터를 제품화해 자동차 업체에 납품하고 있다. 예를 들면, 도요타자동차의 고급 브랜드 ‘렉서스’의 전기자동차(EV) 전용 모델 ‘RZ’에서 덴소의 SiC 파워소자가 탑재된 인버터가 채택되고 있다.

한편, SiC 웨이퍼는 외부로부터 조달하고 있다. 하지만 덴소는 SiC 웨이퍼와 SiC 단결정에 관한 연구개발을 오랜 기간 추진해오고 있다. 가네무라 씨는 강연에서 “덴소에 있었던 기간까지 포함하면 약 25년간 연구개발을 해왔다”라고 말했다. 실제로, 덴소의 특허 출원을 조사해보면, SiC 단결정 제조에 관련된 것이 많아 SiC 제조 기술에 주력하는 모습을 엿볼 수 있다.

이번 특허 조사에는 Patentfield(교토시)의 툴을 사용했다. 일본에서의 출원 일이 2000년 1월 1일~2025년 9월 1일인 특허 출원을 대상으로 하였다.

이번 특허 조사에서 국제특허분류(IPC)에서 ‘H01L’로 분류되는 반도체 제조장치에 관한 특허출원 수가 트랜지스터나 다이오드와 같은 반도체 소자 등에 관련된 IPC의 ‘H10D’로 분류되는 특허출원 수에 비해 전반적으로 많았다. 예를 들어, 2017년의 경우, H01L의 특허 출원 수는 H10D의 약 2배였다.

-- 10배 이상의 고속 성장 속도 --
이러한 오랜 연구개발의 성과로 대표적인 것이 2가지 있다. ‘가스성장법’과 ‘RAF법’이다.

가스성장법은 종결정에서 SiC 단결정을 성장시킬 때에 사용된다. SiC 단결정 덩어리는 일반적으로 승화법으로 제조되고 있다. 이것은 확립된 기술이지만, 결정 성장이 느려 코스트 상승의 요인이 되고 있다. 성장 속도는 시간당 0.3mm 전후라고 알려져 있다. 가스성장법의 경우, 시간당 3mm로 승화법의 10배 이상의 성장 속도가 가능하다.

RAF법은 단결정의 베이스가 되는 종결정을 만드는 기술이다. RAF법에서는 SiC 결정의 ‘a면’이라고 불리는 면 방향으로 성장을 반복함으로써 ‘전위’라고 불리는 결정 결함의 밀도를 큰 폭으로 줄일 수 있기 때문에 결정의 품질이 높아진다. 이 RAF법으로 만든 종결정을 가스성장법으로 성장시키면, 고품질이면서 저가의 SiC 웨이퍼를 조달할 수 있다.

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