반도체 및 전자부품 신뢰성 분석 기업 큐알티(QRT, 대표 김영부)가 전력반도체의 게이트 옥사이드(절연막) 불량을 조기에 확인할 수 있는 TDDB(Time Dependent Dielectric Breakdown of Ultra-Thin Gate Dielectrics) 수명평가 서비스를 출시했다.

큐알티의 TDDB 수명평가 서비스는 국제반도체표준협의기구(JEDEC)에서 제정한 게이트 옥사이드 신뢰성 평가 표준인 ‘JESD 92’에 맞춰 설계됐다. JESD 92는 주로 초박형 게이트 산화물의 ‘Wear Out(마모)’ 또는 TDDB(시간종속 절연항복 특성)의 가속도 매개변수를 추정하기 위해 규정됐다.

전류 방향과 전력 변환을 제어하는 데 핵심적인 역할을 하는 전력반도체는 전기차, 전자제품, 5세대 통신망 등 다양한 분야에서 폭넓게 활용되고 있다. 특히, 실리콘 카바이드(SiC)의 경우 일반 실리콘 대비 10배 이상의 고전압에 견디고, 열전도도 3배 이상 높아 차세대 전장 부품 및 항공·우주 소재로 각광받고 있다. 전기차 분야에서는 배터리와 전기모터를 연결하는 고성능 인버터 내 필수 부품으로 활용되고 있기도 하다.

그러나, 실리콘 카바이드(SiC)는 게이트 옥사이드(절연막) 형성 시 순수 실리콘과 달리 카본(Carbon) 클러스터에 의해 계면 포획 특성이 좋지 않고, 내부 결정이 복잡해 결함을 찾기가 어렵다. 제조 과정에서 결정 결함이 발생할 경우 절연막에 전자가 형성되어 누설전류(Leakage Current) 증가와 전력손실을 유발할 수도 있다.

큐알티는 TDDB 수명평가 서비스를 통해 일정 수준 이상의 고압과 고온 환경에서 전력반도체가 견딜 수 있는지 확인하기 위해 50V 전압과 120도 이상의 열 조건이 충족된 가속화된 시험환경을 구축했다. 한 번에 36개의 전력반도체를 동시에 테스트 가능하며, 누설 전류를 실시간으로 파악해 일정 수준을 초과하면 불량 판단한다.

아울러, 테스트 도중 전력반도체 불량이 발생하면 신속하게 원인을 분석하고 성능을 개선할 수 있도록 불량 위치를 판별하는 종합분석 서비스도 연계했다. 해당 서비스를 통해 신뢰성 테스트가 가능한 전력반도체는 현재 실리콘 카바이드(SiC)부터 MOSFET(모스펫), IGBT(절연게이트 양극성 트랜지스터)까지 다양하다.

김기석 큐알티 기술연구소장은 “친환경 정책으로 전기차에 대한 수요가 늘어나면서, 전력반도체에 대한 안전성 평가가 반도체 산업의 핵심 이슈로 떠오르고 있다”며, “구동 과정에서 인버터 내 문제가 발생하지 않도록 신뢰성 테스트를 기반으로 한 철저한 사전 예방이 필요하다”고 강조했다.