2021년 국내 탄화규소 시장 공략!

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2022-03-17 313

반도체 업계는 이를 "한 세대의 소재, 한 세대의 기술, 한 세대의 산업"이라고 표현합니다.

반도체 산업은 "한 세대의 재료, 한 세대의 기술, 한 세대의 산업"으로 알려져 있습니다. 1세대 반도체는 실리콘, 2세대는 갈륨비소였으며, 오늘 우리가 살펴볼 것은 3세대 반도체 산업 사슬입니다.

질화갈륨(GaN)과 탄화규소(SiC)는 3세대 반도체 듀오로 불립니다. 이 글에서는 탄화규소(SiC)에 초점을 맞추겠습니다.

오늘날 실리콘 소재가 이론적인 성능 한계에 근접함에 따라, SiC 전력 소자는 높은 내전압, 낮은 손실, 높은 효율 등의 특성으로 인해 "이상적인 소자"로 여겨지며 큰 기대를 받고 있습니다.

5G, 신에너지 자동차, 태양광 발전, 항공우주 등 전략적 신흥 산업이 빠르게 발전함에 따라 산업 사슬의 상류 및 하류 기업들이 앞다퉈 시장 진출에 나섰다.막대한 시장 수요 증가 잠재력, 활발한 투자 환경, 그리고 정책적 지원에 힘입어 우리나라의 SIC 산업은 기본적인 토대를 마련했습니다..

응용 분야 관점에서 볼 때, 신에너지 자동차는 SiC 소자의 가장 큰 응용 시장으로 50% 이상을 차지합니다. 앞으로 중국은 세계 최대의 SiC 시장이 될 것입니다.

1세대 및 2세대 반도체 소재 공정이 점차 물리적 한계에 접근함에 따라, 기존 반도체 기술의 병목 현상을 극복할 것으로 기대되는 3세대 반도체 소재가 산업 발전의 핵심으로 떠오르고 있습니다.

사실 중국에서 반도체 소재를 "세대"로 구분하는 이유는 반도체 소재의 대규모 적용 이후 발생한 세 차례의 산업혁명과 부분적으로 관련이 있습니다.

1세대 반도체 소재는 실리콘(Si)으로 대표되며, 이는 부피가 큰 전자관을 대체하고 집적 회로를 핵심으로 하는 마이크로 전자 산업의 급속한 발전을 촉진했습니다.

2세대 반도체 소재는 주로 갈륨비소(GaAs), 인듐안티몬화물(InSb) 등으로 구성된다. 인듐인화물 반도체 레이저는 광통신 시스템의 핵심 부품이며, 갈륨비소 고속 소자는 광섬유 및 이동통신 산업에 새로운 지평을 열었다.

탄화규소(SiC)와 질화갈륨(GaN)으로 대표되는 3세대 반도체 소재는 신에너지, 태양광 발전, 전기 자동차 등 여러 산업의 발전을 효과적으로 촉진하고 있습니다.

반도체 소재의 세 가지 중요한 매개변수를 기준으로 판단할 때, 3세대 반도체 소재는 전자 이동도(저전압 조건에서의 고주파 동작 성능), 포화 드리프트율(고전압 조건에서의 고주파 동작 성능), 밴드갭 폭(소자의 내전압 성능, 최대 동작 온도 및 광학적 성능) 등 세 가지 지표 모두에서 실리콘 소재 소자보다 우수합니다.

그중에서도 가장 눈길을 끄는 것은 3세대 반도체의 "광대역 갭(WBG)" 기술입니다. 높은 밴드갭은 소자가 고전압 및 고온에 강하고, 고출력, 내방사선성, 강력한 전도성, 빠른 동작 속도, 낮은 동작 손실을 갖는다는 장점을 제공합니다.

국내 SIC 산업 체인 기업들이 큰 도약을 이룰 수 있는 자신감과 좋은 기회가 있습니다.

시장 잠재력

우리나라는 세계 최대의 신에너지 자동차 시장입니다. 테슬라를 비롯한 여러 브랜드들이 SiC 솔루션을 대량으로 선보이기 시작하면서 국내 제조업체들도 빠르게 뒤따르고 있습니다. BYD를 비롯한 OEM 업체들은 자동차 분야에서 3세대 반도체 소자의 도입을 가속화하기 위해 전방위적인 전략을 펼치고 있습니다.

국가별로 보면 중국은 세계 최대의 신에너지 자동차 시장으로, 판매량이 다른 모든 국가를 훨씬 능가하며 전 세계 시장 점유율의 40% 이상을 차지하고 있습니다.응용 분야 관점에서 볼 때, 신에너지 자동차는 SiC 소자의 가장 큰 응용 시장으로 50% 이상을 차지합니다. 앞으로 중국은 세계 최대의 SiC 시장이 될 것입니다.

IHS 데이터에 따르면, 실리콘 카바이드(SiC) 시장 규모는 올해 5천만 달러에 달하며 2028년에는 1억 6천만 달러까지 급증할 것으로 예상됩니다. 특히 전기차 충전 시장에서는 향후 몇 년간 연평균 59%의 성장률을 보일 것으로 전망되며, 태양광 및 에너지 저장 시장에서는 26%, 전력 공급 분야에서는 16%의 성장률을 기록할 것으로 보입니다. 전체 SiC 시장의 연평균 성장률 역시 16%에 이를 것으로 예상됩니다.

정부 홍보

정부는 벤처 캐피털의 역할을 수행하며 다수의 SiC 프로젝트에 대한 투자 및 건설에 참여하고 있습니다.

대부분의 SiC 프로젝트는 지방 정부와 기업이 공동으로 투자하고 건설합니다. 지방 정부는 상대적으로 더 많은 투자를 하고 더 큰 위험을 감수합니다.

중국의 1, 2선 도시에 집중되어 있는 기존의 실리콘 기반 프로젝트와는 달리, 실리콘 컴파운드(SiC) 프로젝트는 전국에 걸쳐 분포되어 있습니다.

실리콘 기반 프로젝트와 비교했을 때, 실리콘 칩(SiC) 프로젝트에 대한 전체 투자액은 상대적으로 낮으며, 많은 중소 도시 정부들이 도시 이미지를 개선하고 반도체 산업의 입지를 확대하고자 하는 열망을 갖고 있다.

지방 정부가 구체적으로 참여하고 있는 SiC 프로젝트 몇 가지를 요약하면 다음과 같습니다.

자본 유입

자본의 관심이 높아지면서 실리콘 IC 산업에 막대한 자금이 유입되고 있습니다.

정책 주도

중앙 정부와 지방 정부는 SiC 산업 발전을 촉진하기 위한 일련의 정책을 발표했습니다.

국가 제14차 5개년 계획 21년 차에 발표된 세부 규정에서

3세대 반도체 산업 발전을 지원하는 데 초점을 맞춘 설명이 추가될 것으로 예상됩니다.

또한, "중국 제조 2025" 계획에서 중국은 5G 통신 국산화율 및 효율적인 에너지 관리에 대한 구체적인 목표를 제시했습니다. 이 목표는 2025년까지 첨단 반도체 소재의 국산화율을 50%까지 달성하도록 요구하고 있습니다. 이러한 우호적인 정책은 SiC 시장의 발전과 성장에 크게 기여할 것입니다.

2021 뮌헨 전자 박람회에 참가한 루징 반도체는 TV 칼럼 그룹 "퀄리티"와의 인터뷰에서 쉬원후이 사장과 3세대 반도체 개발과 관련된 "중국 제조 2025"에 대해 이야기를 나눴습니다. 실리콘 카바이드 전력 소자는 향후 3~5년 내에 널리 사용될 것이며, 일부 분야에서는 실리콘 기반 제품을 완전히 대체할 수도 있을 것으로 전망됩니다.

산업 체인 기본 레이아웃 완성

해외 시장과 비교했을 때, 우리나라는 실리콘 반도체(SiC) 소재 및 소자 연구를 비교적 늦게 시작했습니다. 하지만 여러 요인에 힘입어 중국의 SiC 산업 사슬은 기본적인 구조를 완성하고 일정 수준의 성과를 거두며, 해외 선진 기술과의 격차를 점차 좁혀왔습니다. 각 단계에서 여러 선도 기업들이 등장하기도 했습니다.

그러나 SiC 시장 구조 전체를 살펴보면 미국, 일본, 유럽 등 해외 기업들이 여전히 시장을 장악하고 있으며, 국내 업체들은 이 분야에서 큰 영향력을 행사하지 못하고 있습니다. Yole의 자료에 따르면 Cree, Infineon, Rohm이 SiC 시장 점유율의 약 90%를 차지하고 있습니다. Cree는 SiC 기판의 주요 공급업체이며, Rohm, STMicroelectronics 등은 자체 SiC 생산 라인을 보유하고 있습니다. 그중 Cree는 탄화규소 웨이퍼 시장의 절반 이상을 점유하고 있어, 산업 상류 부문에서 막강한 영향력을 행사하고 있습니다. 이러한 관점에서 볼 때, 국내 기업들이 나아가야 할 길은 아직 해외 기업들에 비해 크게 뒤처져 있습니다.

산업 사슬 전반에 걸친 국내 경쟁과 해외 경쟁 간의 격차를 살펴보면 다음과 같습니다.

기판

기술 지표와 국제 제조업체 간의 격차가 분명히 존재하며, 제품 일관성 부족은 극복하기 어려운 단점입니다.

기판의 세 가지 주요 기하학적 매개변수인 TTV(총 두께 편차), 굽힘(휘어짐), 뒤틀림(휘어짐) 측면에서 국내 제조업체와 해외 유수 제조업체 간에는 분명한 격차가 존재합니다.

국내 기판의 기술 격차 및 일관성 문제의 원인은 크게 다음 두 가지 범주로 요약할 수 있다.

소재 배합, 장비 정밀도, 열장 제어와 같은 기술적 측면은 오랜 기간에 걸친 노하우 축적을 필요로 합니다. 국내 제조업체들은 상대적으로 늦게 이 분야에 진출했고 투자도 적어 선도적인 해외 제조업체들과 뚜렷한 격차를 보이고 있습니다.
국내 제조업체들은 고객 수가 적고 분산되어 있으며, 고객 피드백 속도가 느리고 피드백 내용도 불완전합니다. 반면 크리의 제품 라인은 기판, 에피택시, 소자, 모듈까지 포괄하여 후공정 피드백이 충분하고 시의적절합니다.

기술적 격차는 기판의 전반적인 성능 저하와 더 높은 요구 사항을 충족해야 하는 생산 라인에서의 사용 불가능성으로 직접 이어집니다.

일관성 부족 문제는 고품질 기판의 비율이 낮다는 것을 의미하며, 이는 기판 비용의 상당한 증가로 직결됩니다.

주된 이유는 위의 두 가지 점 때문에 현재 국내산 기판이 주류 공급망에 진입하지 못하고 있기 때문입니다.

표시

기술적 장벽이 낮고, 전반적인 기술 수준은 외국과 크게 다르지 않습니다.

에피택셜 기술은 비교적 간단하며, 주요 공정은 기존 SiC 기판 위에 새로운 단결정 층을 성장시키는 것입니다. 이는 전체 산업 사슬에서 부가가치가 낮고 기술적 진입 장벽이 낮은 단계에 해당합니다.

에피택셜 공정은 이미 성숙한 장비(현재 업계 주류 장비는 Aixtron을 비롯한 여러 회사에서 제공하는 CVD 장비)에 의존합니다. 증착 공정은 유량계를 통해 엄격하게 제어됩니다. 업계 및 장비 공급업체들은 비교적 성숙한 기술을 보유하고 있습니다.

국내 제조업체인 한톈천을 예로 들면, 기술력은 세계적인 국제 진출 기업인 일본의 쇼와덴코와 크게 다르지 않습니다. 설문 조사 결과에 따르면, 한톈천과 쇼와덴코는 전 세계 여러 시장에서 경쟁해 왔습니다.

장치

기술 지표와 국제 제조업체 간의 격차가 뚜렷하게 나타나고 있다. 제품의 일관성 부족은 극복하기 어려운 문제점으로 작용하며, 국내산 원료가 주류 공급망에 진입하기는 여전히 어려운 과제이다.

디자인:SiC 소자 설계는 비교적 간단하며, 해외와의 격차도 비교적 작습니다.

SiC SBD 소자 설계에는 특허 장벽이 없습니다. 국내 유수 기업들이 6세대 SiC SBD 연구 개발에 착수했으며, 해외와의 격차도 상대적으로 작습니다.
SiC MOSFET 소자와 관련하여 많은 국내 기업들이 연구 개발을 완료했다고 주장하지만, 아직 양산에 진입하지는 못했습니다. 한편, 최신 4세대 트렌치 SiC MOSFET 특허는 해외 기업이 보유하고 있어 향후 특허 분쟁이 발생할 가능성이 있습니다.

제조:SiC 소자 제조 분야와 해외 국가 간에는 분명한 격차가 존재합니다.

대부분의 SiC SBD 소자 제조 생산 라인은 이제 막 가동을 시작하는 단계에 있습니다. 생산 능력 증대와 같은 단계를 거쳐야 하며, 대규모 생산과 안정적인 양산 사이에는 아직 상당한 격차가 있습니다.
현재 국내 SiC MOSFET 소자 제조 플랫폼은 모두 건설 중이며, 일부 기업의 생산 라인은 아직 계획 단계에 있어 본격적인 양산까지는 갈 길이 멀다.

모듈

시장 경쟁이 치열하고 국내 산업의 전반적인 성숙도는 아직 낮다.

SIC 모듈 분야에서 국내 기업의 현재 경쟁 상황:

많은 국내 신에너지 자동차 제조업체들이 자체 수요를 충족하고 상류에서 하류까지 포괄하기 위해 혁신적인 설계를 통해 SiC 모듈 생산 라인을 구축했습니다. 동시에 일부 기존 모듈 제조업체들도 실리콘 기반 모듈의 경험을 바탕으로 연구 개발 속도를 높이기 위해 SiC 모듈 연구 개발을 수평적으로 진행하고 있습니다.

하지만 국내 신에너지 자동차 제조업체들의 모듈 생산 라인 건설은 대부분 2019/20년에 시작되었으며, 생산량을 늘리는 데 최소 22년은 걸릴 것으로 예상됩니다. 중국의 신흥 모듈 제조업체들은 대부분 소규모이며 아직 대규모 양산에 도달하지 못했습니다. 국내 산업의 성숙도는 여전히 낮은 수준입니다.

국내 제조업체 간의 경쟁 외에도 SIC 분야의 실질적인 경쟁 압력은 여전히 해외 거대 기업에서 비롯됩니다. 현재 인피니언, ST, 로옴과 같은 주요 해외 제조업체들은 600~1700V급 실리콘 카바이드 SBD와 MOSFET을 양산하고 있습니다. 국내 실리콘 카바이드 제조업체들은 현재 주로 다이오드 제품을 출시하고 있으며, MOSFET 양산 업체는 소수에 불과하여 아직 돌파구가 마련되어 있습니다. 생산 라인 측면에서 크리, 인피니언 등은 8인치 생산 라인을 구축하기 시작한 반면, 국내 제조업체들은 여전히 6인치 라인으로 전환하는 중입니다. 크리는 기판 시장의 약 40%를 점유하고 있습니다.

앞으로 오랜 기간 동안 국내 SiC 산업 체인 기업들의 공략은 계속될 것입니다. 아직 갈 길이 멀지만, 다행히 SiC는 5G, 신에너지 자동차, 태양광 등 다양한 분야에서 매우 뛰어난 성능을 보여주고 있습니다. 시장 규모도 충분히 크고, 국내 대체재에 대한 수요도 꾸준히 이어지고 있어 국내 기업들은 충분히 경쟁력을 갖출 수 있습니다!

국내 SiC 산업의 현재 구조

SiC 기판

산둥 텐웨,톈커 헤다, 중커 에너지 절약, 통광 크리스탈

에피택셜 웨이퍼 생산

한 티안 티안 쳉,둥관 텐위

SiC 소자 및 모듈 제조업체

사난 통합,타이코 톈룬, 잔신 전자, 베이직 반도체,지난 루징 반도체기다림.

루징 반도체는 2010년에 설립되었습니다.십여 년 동안 실리콘 기반 반도체 다이오드와 MOS 튜브의 생산, 판매 및 연구 개발에 주력해 왔으며 업계에서 좋은 평판을 얻고 있습니다.2016년부터 산업 발전의 요구에 따라 3세대 반도체 소자의 연구 개발, 패키징, 테스트 및 응용 분야에 적극적으로 투자해 왔습니다. 앞으로도 과학 연구 투자를 확대하고 인재를 육성하여 새로운 기술 혁신 시스템을 구축하는 데 주력할 것입니다.기업의 핵심 경쟁력을 강화하고, 기업 혁신 및 발전 잠재력을 풍부하게 하며, 기업의 지속 가능한 발전을 위한 강력한 기술 지원을 제공합니다.

면책 조항: 본 기사는 "루징신시티"에서 발췌한 내용입니다. 본 기사는 전적으로 필자의 개인적인 견해이며, 사코마이크로 및 업계의 공식적인 입장을 대변하는 것은 아닙니다. 재인쇄 및 공유는 허용되지만, 지적 재산권 보호를 위해 재인쇄 시 원문 출처와 저자를 반드시 명시해 주시기 바랍니다. 저작권 침해 사항이 있을 경우, 삭제를 위해 당사에 연락 주시기 바랍니다.

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