국내 연구진이 역발상을 통해 실리콘 태양전지 및 반도체소자 핵심소재인 단결정 실리콘 웨이퍼를 원재료 낭비 없이 제조하는 혁신기슬을 개발했다.

한국에너지기술연구원(원장 김종남)과 충북대학교(총장 김수갑)가 주도한 공동연구팀은 단결정 실리콘을 모체기판 위에 상향식으로 성장시킨 후 기존에 다공구조로 인해 불량으로 여겨졌던 플라즈마 에피탁시 실리콘을 역이용해 마치 절취선을 따라 떼어내듯이 실리콘 웨이퍼를 간편하게 박리하는 기술을 개발했다.

이번에 개발한 기술의 핵심은 플라즈마 에피탁시 실리콘의 디공구조를 제어하고 위에 성장시킨 단결정 실리콘 웨이퍼를 통째로 떼어내는 방법으로 제조공정을 혁신한 것이다.

기존의 에피탁시 실리콘 웨이퍼 제작방식은 모체기판 상부에 다공구조의 실리콘 분리층을 하향식으로 형성하고, 단결정 실리콘을 성장한 후 분리를 통해 박리한다.

하지만 이 방법으로는 모체기판 표면의 일부가 함께 떨어지기 때문에 모체기판이 조금씩 손실돼 수차례의 박리공정 이후 모체기판이 소모돼 제조비용 증가의 원인이 된다.

연구팀은 모체기판 위에 다공구조의 플라즈마 에피탁시 실리콘을 성장시킨 후 열처리 과정을 거쳐 중간을 떼어내기 쉬운 얇은 틈을 만들고, 다시 결정질 실리콘을 그 위에 두껍게 증착시키면 태양전지나 다른 반도체 소자로 쓸 수 있는 웨이퍼는 절취선을 따라 쉽게 떼어내듯 분리할 수 있고, 모체기판은 손상 없이 무한대로 활용이 가능하다.

이번 개발을 통해 원재료의 낭비도 획기적으로 줄이고, 태양전지 제조단가를 절반으로 저감할 수 있는 동시에 플라즈마 에피탁시 실리콘 및 단결정 실리콘 성장을 널리 쓰이고 있는 화학기상증착법에 기반하기 때문에 다양한 차세대 반도체 소자에 응용이 가능, 산업적 파급효과가 클 것으로 기대된다.

오준호 에너지기술연구원 박사는 “이번에 개발한 기술은 각종 반도체·태양전지·디스플레이·센서 공정에 널리 쓰이고 있는 화학기상증착법에 기반하기 때문에 실리콘 웨이버를 이용한 다양한 소자 제작기술에 파급효과가 클 것으로 기대된다.”며, “소자 제작기술과의 연계를 통해 정부 주도의 국내 밸류체인 소재·부품 장비 분야 경쟁력 강화 전략에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다.