Special 차세대 단결정 성장기술 및 산업응용 동향(2)

LiTaO3 단결정 성장과 SAW 필터용 LTOI 접합기판 가공기술 동향

강진기_㈜악셀, 대표이사
김형재_한국생산기술연구원 수석연구원

1. SAW 필터용 LiTaO3 기판
 
SAW(표면탄성파)필터는 RF필터의 한 종류이다. RF필터는 모바일 기계에서 셀룰러, Wi-Fi, GPS 등 여러 주파수 중 필요한 특정 주파수를 선택적으로 받아들이고, 인접한 주파수는 제거하는 부품이다. 리튬탄탈레이트(LiTaO3) 압전 단결정 웨이퍼(Wafer)위에 빗살전기극 IDT를 형성하여 전기적 입력신호를 탄성파로 변환하는 기계가 SAW 필터이다. 이것은 압전 단결정 웨이퍼가 전기적 신호를 표면탄성파로 변환하기 위하여 필요하며, 전기장이 가해지면 압전물질이 변형되는 특성을 이용한 것이다.
　SAW 필터는 IDT(Comb 형상) 전극을 만드는 반도체 공정으로 LiTaO3 기판 표면에 스퍼터링법으로 전극 박막을 형성하고, 그 전극 박막에 포토레지스트를 도포 후 고온에서 프리베이크를 한다. 다음 스테퍼에 의해 노광되어 전극막의 패터닝을 하고, 현상공장에서 포로레지스트를 용해하고 드라이엣칭을 실시하는 포토리소그래피 공정을 실시한다.

2. LiTaO3 기판의 시장동향

SAW 필터용 LiTaO3 기판의 시장동향은 4인치 기준으로 1000만장/년 가까이 사용되고 있으며, 한국이 10% 정도 100만장을 일본에서 90%, 중국에서 10% 정도 수입하여 사용하고 있다. LiTaO3 단결정을 위한 성장로는 일본에서 1000대, 중국에서 500대를 가지고 있는 것으로 확인된다. 현재 SAW 필터의 LiTaO3 기판 생산은 4인치 75%, 6인치 25%가 투입되고 있다.
　일본의 LiTaO3 단결정 생산업체 시장으로는 1990년대 중반에 신에츠가 모바일용 4인치 LiTaO3 기판 생산에 성공했고, 2000년대 후반에는 6인치 LiTaO3 기판이 생산되기 시작했다. 현재는 Koike, Sumimoto, Shin-Etsu 기업 순으로 LiTaO3 기판의 세계시장의 75%를 점유하고 있다. 한국의 SAW 필터 업체는 LiTaO3 기판을 대부분 일본에서 수입하고 있는 상황이다.
　중국의 LiTaO3 단결정 생산업체 시장은 2005년부터 4인치 LiTaO3의 결정 잉곳을 생산하기 시작하였으나 가공 품질이 좋지 않아 잉곳 상태의 반제품으로 수출을 하다, 2010년부터 가공 품질이 향상되어 기판 생산을 시작했다. 6인치 LiTaO3 기판은 2015년부터 생산을 시작한 것으로 파악된다. 현재 Castech, TDG, GECT 등 8개의 회사에서 기판을 생산하고 있으며, LiTaO3 기판 세계시장의 25%를 점유하고 있다. 국내 SAW 필터 업체에서도 중국의 Low-end SAW 필터기종이 가격이 저렴하여 국내 수입 비중을 점점 증가하고 있다.
　한국의 LiTaO3 단결정 생산은 1990년대 후반에 이동통신용 SAW 필터 수요가 급증하여 삼성전기가 SAW필터 생산을 시작하기 했고(그림2.1), 일진다이아몬드가 4인치 LiTaO3 기판 생산을 2000년대에 시작하였으나 LiTaO3 기판의 전 세계 가격 상승과 품귀현상으로 어려움을 겪고, 2005년 이후 일본업체의 압도적인 기세에 경쟁력을 완전히 잃고 현재까지 한국은 수입에 완전히 의존하고 있는 상태이다.
　LiTaO3 단결정의 성장에서부터 SAW 필터용 기판 제조 기술을 산학연구 협업을 통해 밸류체인 및 기술경쟁력 확보가 필요하다. 국가 경쟁력 향상 및 국가 사업의 세계 경쟁력 유지를 위하여 체계적인 기술을 갖추는 것이 필요하고, 결정 성장부터 가공 및 기판 제조까지 체계적인 기술이 발전된다면 원천성이 높은 기술 개발이 이루어질 것으로 예상된다.

[그림2.1] LTOI접합기판 개발의 역사

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