차세대 전력 반도체로 주목받는 실리콘카바이드(SiC) 칩 기술 경쟁이 치열하다. 특히 이 반도체를 다량으로 값싸게 만들기 위한 웨이퍼·장비 기술 개선이 눈에 띈다.
14일 업계에 따르면 세계 1위 반도체 제조 장비사 미국 어플라이드머티리얼즈는 SiC 반도체 제조용 신규 장비 2종을 소개했다. 공정 중 웨이퍼 표면을 평탄하게 만드는 화학적기계연마(CMP) 시스템, 전류의 흐름을 활발하게 만드는 이온주입 기기다.
주목할 만한 점은 회사가 발표한 기기는 ‘8인치 SiC 웨이퍼’용 장비라는 것이다. 현재 실리콘 기반 반도체 시장에서는 12인치 웨이퍼로 칩을 생산하지만 SiC 시장은 고난도 웨이퍼 제조 기술로 주로 6인치 웨이퍼로 칩을 제작했다.
하지만 회사는 8인치 SiC 웨이퍼 제조 기술이 곧 도래할 것으로 보고 일찌감치 관련 장비를 출시했다. 이미 SiC 웨이퍼 생산 1위 업체 미국 크리와 손잡고 8인치 시대 전환에 대비하고 있다. 어플라이드 측은 “8인치 SiC 웨이퍼로 바뀌면 기존보다 칩 생산량이 2배가량 늘어난다”고 설명했다.
SiC 반도체는 ‘포스트 실리콘’ 반도체로 불린다. 기존 실리콘 웨이퍼 기반 반도체보다 높은 전압과 실리콘 대비 2배 이상 고온(400도)에서도 잘 작동할 수 있기 때문이다.
특히 자동차 업계에서 상당히 주목하고 있다. 극한의 환경에서 차내 각종 전자장치의 전류를 제어해야 하는 전력 반도체로 SiC 반도체가 제격이기 때문이다. 테슬라 자동차에 SiC 반도체가 탑재된 후 현대자동차의 아이오닉5, 기아 EV6 등 최신 전기차에 이 칩이 적용되는 추세다.
그러나 SiC 웨이퍼는 실리콘 웨이퍼 대비 생산 조건이 상당히 까다로운 화합물 웨이퍼이기 때문에 생산량이 적다. 따라서 각 자동차 제조사들이 공급망 확보에 사활을 걸고 있다.
이런 상황을 대응하기 위해 칩 제조사는 웨이퍼 크기를 키우는 기술로 공급량 확대를 시도하고 있다. 스위스 ST마이크로일렉트로닉스는 지난달 8인치 SiC 웨이퍼로 전력 반도체를 생산하는 데 성공했다. 칩 설계 회사인 이 회사는 SiC 웨이퍼 공급 부족 현상을 우려해 2019년 SiC 웨이퍼 회사 노스텔AB라는 회사를 인수하기도 했다.
또 다른 전력 반도체 강자 미국 온세미컨덕터는 최근 SiC 웨이퍼 기업 GT어드밴스드테크놀로지스(GTAT)를 인수했다. 6인치 SiC 웨이퍼는 물론 8인치 웨이퍼를 개발해 안정적인 SiC 칩 생산을 모색할 것으로 보인다. 이 밖에도 중국·일본 등 주요 선진국에서 SiC 대량 양산을 위한 인프라를 갖추기 위한 치열한 작업이 벌어지고 있다.
국내에서는 SK실트론이 2019년 미국 듀폰의 SiC 웨이퍼 사업부를 인수해 6인치 SiC 웨이퍼를 생산하고 있다. 회사 내부에서 8인치 웨이퍼 양산을 위한 연구에 한창인 것으로 알려진다.
현재 LX세미콘, SK그룹의 투자를 받은 예스파워테크닉스, 파워마스터반도체 등 SiC 소자 설계와 제조에 도전하고 있는 기업은 많지만 칩 제조 공정의 기본 단계이자 핵심인 SiC 웨이퍼 인프라가 더 활발하게 투자돼야 해외 의존도를 낮추고 안정적인 공급망을 확보할 수 있다는 지적이 나온다.
구상모 광운대 교수는 “현재 세계 각국에서 SiC 웨이퍼 선점 경쟁이 치열하게 벌어지고 있다”며 “세계시장보다 8인치 SiC 웨이퍼 인프라 구축이 늦으면 경쟁력 열위와 높은 해외 의존도를 피할 수 없다”고 말했다.
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