신에너지 자동차, 태양광 발전, 스마트 그리드, 가전제품, 항공우주 등 다양한 분야에서 폭넓은 응용 가능성을 지닌 탄화규소 소재는 국제적으로 전략적 중요성이 널리 인정받고 있습니다. 미국, 유럽연합, 일본, 한국 등 선진 서방 국가들은 자국의 탄화규소 산업 발전을 촉진하고 미래의 선도적 지위를 공고히 하기 위해 다양한 개발 계획과 연구 개발 프로젝트를 잇달아 추진해 왔습니다.

01   크리족: "사슴을 잃으면 온 세상이 그 사슴을 쫓아낼 것이다."    
 
       

탄화규소 산업의 발전 역사를 되돌아보면, 한때 미국의 CREE사는 세계 탄화규소 소재 시장 점유율 80% 이상을 오랫동안 독점하며 넘을 수 없는 산처럼 보였습니다. 그러나 최근 몇 년 동안 미국의 II-VI, GT Advanced, 독일의 Sicrystal, 일본의 Showa Denko, 그리고 중국의 후발 주자들(주로 중국전자반도체재료공사, 톈커허다, 산둥톈위에 등)이 CREE에 도전장을 내밀었습니다. 2018년 말 CREE의 시장 점유율은 감소했지만 여전히 62%에 달했습니다. 2020년에는 CREE의 시장 점유율이 17%나 급락하여 45%를 기록했습니다.

 

 

그림 1. 2020년 전 세계 N형 탄화규소 기판 시장 점유율

크리(CREE)가 "사슴을 잃자 온 세상이 그를 쫓는다"는 말이 있죠. 최근 몇 년 동안, 한때 그늘에 가려져 있던 "작은 형제들"이 칼날을 갈고 따라잡았습니다.

  쇼와덴코는 생산량을 6배로 늘려 연간 약 11만 개의 제품을 생산하게 되었습니다.      

쇼와덴코는 생산량을 6배로 늘려 연간 약 11만 개의 제품을 생산하게 되었습니다.

쇼와덴코(SDK)는 2012년부터 2019년까지 실리콘 카바이드 웨이퍼 생산 능력을 6배로 확장했습니다. 2012년 9월, 쇼와덴코는 4인치 실리콘 카바이드 에피택셜 웨이퍼 생산 능력을 2.5배 증대하여 월 1,500장으로 늘렸고, 6인치 실리콘 카바이드 에피택셜 웨이퍼 개발을 가속화하겠다고 발표했습니다. 2016년 6월에는 실리콘 카바이드 에피택셜 웨이퍼 생산 능력 확장을 지속하여 월 3,000장 규모의 HGE 웨이퍼 양산에 돌입했습니다. 2017년 9월과 2018년 1월에도 두 차례에 걸쳐 생산 능력 확장을 진행했습니다. 2018년 7월에는 HGE 웨이퍼 생산 능력을 월 5,000장에서 7,000장으로 추가 증설했습니다. 2019년 2월, 쇼와덴코는 탄화규소 웨이퍼 생산 능력을 월 9,000개로 증대했습니다. 2021년에는 인피니언과 공급 계약을 체결했다고 발표했습니다.

  II-VI 레이아웃은 8인치이며, 국내 시장에 대해 낙관적입니다.      

2015년 7월, II-VI는 200mm(8인치) 4H-SiC 기판을 선보였습니다. 2019년 1월에는 REACTION 프로젝트를 통해 200mm 실리콘 카바이드 기판을 생산하는 세계 최초의 시범 생산 라인을 구축한다고 발표했습니다. 2019년 10월에는 RF 전력 증폭기용 200mm 직경 반절연 실리콘 카바이드 프로토타입 기판을 출시했습니다. 2021년에는 제2차 세계 대전 당시 인도 푸저우에 II-VI가 투자한 실리콘 카바이드 기판 가공 라인이 공식적으로 가동되었습니다. II-VI는 향후 5년 내에 실리콘 카바이드 기판 생산 능력을 5~10배 증대할 계획입니다. 이와 더불어 미국의 GT Advanced와 독일의 Sicrystal 등도 인피니언, ST마이크로일렉트로닉스와 같은 주요 제조업체로부터 공급 계약을 확보하며 실리콘 카바이드 시장 점유율을 더욱 확대하고 있습니다.

02   한 가문이 지배하던 시대의 종말    
 
       

     

CREE는 여전히 매우 강력한 기업이지만, 탄화규소 소재 분야에서 독점적 지위가 약화되고 있다는 것은 부인할 수 없는 사실입니다. 여기에는 여러 가지 이유가 있지만, 저는 여기서 객관적인 두 가지 이유만 살펴보겠습니다.

  독점의 소멸은 상류와 하류 간의 경쟁에서 필연적으로 발생하는 결과이다.    
     

반도체 산업 사슬에서 고객 단말기에 가까운 하류 업체일수록 발언권이 큰 경우가 많습니다. ST마이크로일렉트로닉스나 인피니언 같은 거대 기업들은 '대기업이 고객을 횡포하는' 상황을 피하기 위해 상류 기업들을 견제하고 균형을 유지하는 방법을 배워야 합니다. 과거 탄화규소 기판 산업을 장악했던 크리는 오랫동안 이들에게 눈엣가시 같은 존재로 여겨져 왔습니다.

사실은 말보다 더 강력한 힘을 지닙니다. 과거 경험을 살펴보면, 대형 실리콘 웨이퍼, 포토레지스트, CMP 소재, 습식 화학물질, 타겟 소재 등 반도체 소재 산업에서는 시장 구조가 안정화된 후 특정 기업이 시장을 독점하는 경우는 거의 없었습니다. 가장 흔한 시장 구조는 두 개의 거대 기업과 다수의 강자 기업(예: 대형 실리콘 웨이퍼 산업의 신에츠와 생코, 포토레지스트 산업의 JSR과 도쿄온카 등)이 공존하는 형태였습니다.

  독점을 깨는 것은 산업 사슬 발전을 위한 필연적인 선택이다.      

     

"고통 속에 태어나 행복 속에 죽는다"는 속담처럼, 2017년 이전에는 탄화규소 소재 가격이 상당히 하락했지만, 태양광용 실리콘이나 사파이어처럼 경쟁이 치열한 산업과 비교하면 가격 인하 속도가 업계 관계자들로부터 비판을 받았습니다. 그 결과 2019년에도 탄화규소 소자의 암페어당 평균 가격은 기준 실리콘 소자의 약 5배에 달했습니다. 객관적으로 볼 때, 당시 크리(CREE)의 독점은 전체 산업의 장기적인 발전을 저해했습니다. 따라서 독점의 점진적 타파는 전체 산업의 생태계 발전을 위해 필요한 것이며, 피할 수 없는 선택이기도 합니다.

03   미래에 대한 몇 가지 예측    
 
       

미래에 관해 제가 예상하는 몇 가지 사항을 공유하고 싶습니다.

첫째, 상류와 하류 간의 다양한 경쟁으로 인해 CREE의 탄화규소 소재 시장 점유율은 향후 약 30%까지 하락할 것으로 예상됩니다. 향후 탄화규소 소재 시장은 두 강대국 또는 다수의 강대국이 경쟁하는 산업 구도를 보일 가능성이 높습니다. 탄화규소 소재 산업 전체의 산업집중도(HHI)는 대형 실리콘 웨이퍼, 포토레지스트, CMP 소재, 타겟 등 다른 반도체 소재 산업과 마찬가지로 0.2~0.3 수준에서 안정적으로 유지될 것으로 전망됩니다. 둘째, 산업집중도의 하락은 필연적으로 시장 경쟁 심화를 초래할 것입니다. 향후 탄화규소 기판 가격은 연간 약 15%씩 지속적으로 하락할 것으로 예상됩니다. 장기적으로 기판 가격 하락은 탄화규소 산업 전체의 발전에 긍정적인 영향을 미칠 것입니다. 이러한 추세가 지속된다면 질화갈륨이나 산화갈륨과 같은 외부 경쟁 요소가 탄화규소 산업에 실질적인 위협이 되기는 어려울 것입니다. 탄화규소 기판 제조업체들에게 가장 큰 위협은 아마도 하류의 기기 제조업체들로부터 올 것입니다. 현재와 같이 경쟁이 치열한 산업 환경에서 시크리스탈이나 노르스텔 같은 기업들은 미리 수익을 확보하는 것이 현명한 선택일 수 있습니다.

셋째, 저는 개인적으로 우리나라 3세대 반도체 산업의 장기적인 발전에 대해 낙관적입니다. 현재 YOLE은 2020년 저저항 실리콘 카바이드 시장 점유율 순위만 발표했는데, 중국 기업의 시장 점유율이 약 360% 증가했습니다. 반절연 기판까지 고려하면 중국 기업의 시장 점유율은 10%를 넘어설 것으로 예상되며, 중국전자반도체재료공사(CESMC), 허베이퉁광(Hebei Tongguang) 등도 TOP 10에 포함될 가능성이 있습니다. 앞으로는 중국전자공업(자회사인 중국전자반도체재료공사는 주로 재료 사업에 집중)과 사난광전자(Sanan Optoelectronics)처럼 강력한 역량과 완벽한 산업 체인을 갖춘 기업들의 성장을 특히 기대하고 있습니다. 읽어주셔서 감사합니다!

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