"반도체 생산량 4배"…日레조낙 300㎜ SiC 개발 성공

AI 전력반도체 경쟁 가열

일본 반도체 소재업체 레조낙홀딩스가 현재 주력 제품보다 반도체 칩을 4배 많이 생산할 수 있는 300㎜(12인치) 탄화규소(SiC) 기판 개발에 성공했다. 미국과 중국, 일본 업체들의 대구경화 경쟁이 거세지고 있다는 분석이다.

28일 니혼게이자이신문에 따르면 레조낙은 직경 300㎜ SiC 단결정 기판을 일본 기업으로는 처음 개발했다. 현재 SiC 시장의 주력인 150㎜(6인치) 제품과 동일한 제조공정을 적용할 경우 한 장에서 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 4배로 늘어난다. 웨이퍼가 커질수록 한 번에 더 많은 칩을 생산할 수 있어 양산 비용을 크게 낮출 수 있다.

SiC는 기존 실리콘보다 전력 효율이 높고 발열에 따른 에너지 손실이 적어 전기차뿐 아니라 AI 데이터센터용 전력반도체 핵심 소재로 주목받고 있다. 후지경제에 따르면 파워반도체용 웨이퍼 세계 시장은 2035년까지 2025년 대비 약 3배로 확대될 전망이다. 이 가운데 SiC 웨이퍼 비중은 70%에 육박할 것으로 예상된다.

특히 생성형 AI 확산으로 데이터센터의 전력 소비가 급증하면서 SiC 활용 범위가 넓어질 가능성이 크다. AI 서버에 전력을 공급하고 변환하는 과정에서 전력 손실과 발열을 얼마나 줄이느냐가 데이터센터의 운영비와 직결되기 때문이다. 그동안 전기차가 SiC 시장 성장을 이끌었다면 앞으로는 AI 데이터센터가 새로운 수요처로 부상할 수 있다는 의미다.

레조낙은 SiC 기판 외부 판매 시장에서 세계 1위 점유율을 보유한 업체다. 현재는 주로 150㎜ 제품을 자동차 부품업체와 로옴 등 반도체 제조사에 공급하고 있다. 이번 300㎜ 제품 개발로 차세대 SiC 시장에서도 선두권 경쟁을 이어갈 수 있는 기반을 마련했다.

300㎜ SiC 기판 개발에서는 중국과 미국 업체가 먼저 움직였다. 중국 산둥톈웨선진과기(SICC)가 2024년 11월 업계 최초로 개발했고 미국 울프스피드도 올해 1월 단결정 기판 제조에 성공했다. 여기에 레조낙까지 가세하면서 미·중·일 업체들의 기술 경쟁이 한층 치열해졌다.

다만 아직 300㎜ SiC 기판을 본격적으로 상용화한 업체는 없다. SiC는 결정 성장 과정에서 2000도가 넘는 고온이 발생해 결함이 생기기 쉽고, 잉곳 자체가 단단해 대형 기판을 균일하게 절단하고 연마하기도 어렵다. 기판이 커질수록 휨과 균열을 억제하기 위한 기술적 난도도 높아진다.

고객사 입장에서도 300㎜ 생산라인으로 전환하려면 대규모 설비투자가 필요하다. 웨이퍼 업체가 결함이 적은 제품을 안정적으로 공급할 수 있어야 실제 원가 절감 효과도 낼 수 있다. 레조낙 역시 당분간 150㎜에서 200㎜로 전환하는 시장에 대응하면서 고객 수요를 살펴본 뒤 300㎜ 양산 투자를 결정할 방침이다.

다카하시 히데히토 레조낙 사장은 “300㎜ SiC 기판은 아직 업체들의 포지션이 정해지지 않은 영역”이라며 “고객이 필요로 하고 선도기업으로서 이익을 기대할 수 있다면 투자를 검토하겠다”고 말했다.

레조낙은 이번 기술을 계기로 반도체 소재 사업의 영역도 넓힐 계획이다. 올해 상반기 핵심 영업이익 888억엔 가운데 90% 이상을 반도체·전자재료에서 벌었지만 현재 주력은 봉지재와 고방열 소재 등 후공정 소재다. 고순도 가스와 연마재 등 전공정 소재에 이어 SiC 웨이퍼까지 경쟁력을 높이면 반도체 제조 전반에 걸쳐 소재를 공급하는 사업 구조를 구축할 수 있다.

업계에서는 향후 SiC 시장의 경쟁력이 단순 생산 여부보다 얼마나 큰 웨이퍼를 낮은 결함률과 원가로 양산할 수 있느냐에 달릴 것으로 보고 있다.

도쿄=최만수 특파원 bebop@hankyung.com