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반도체 국산화를 위한 중국의 새로운 시도, 3세대 반도체

  • 트렌드
  • 중국
  • 시안무역관 김태민
  • 2021-11-17

- 막대한 자본력을 바탕으로 미성숙 시장이라 판단되는 3세대 반도체에 대한 중국의 시장점유 시도 이어질 것 -

- 경합 기업에서는 선제적 대응에 나서는 한편, 다운스트림과 어플리케이션 분야의 협력도 필요할 것으로 보여 -




중국 반도체, 여전히 더딘 국산화 진척


반도체 국산화는 오랜기간 중국의 염원으로 자리하고 있다. 전 세계 60%에 달하는 반도체 소비시장을 가진 중국의 중국 반도체 국산화율은 현재 약 16% 수준으로 2020년까지 40%, 2025년까지 70%의 자급률을 달성하겠다던 중국 정부의 목표는 달성하기 어려워 보인다. 반도체 설비 부문도 마찬가지인데 웨이퍼제작과 후공정 분야의 경우 KSG, NAURU, SMEE사 등에서 일부 진전*이 있으나 모두 첨단공정에는 속하지 않는다는 점, 핵심기술인 전공정 분야의 경우 핵심 첨단설비의 해외의졷도가 매우 높다는 점에서 여전히 국산화까지는 거리가 있어보인다.


2019년 공정분야별 중국 반도체 설비 국산화율/주요기업

설비 공정분야

국산화율

주요 중국기업

웨이퍼

제작

① 웨이퍼 단결정로

77%

JSG, NAST

② 화학적기계연마

15%

HWATSING, JSG, CETC

③ 열처리(확산/산화)

15~20%

NAURA, CETC,BEST

웨이퍼 가공

(前 공정)

④ PR 도포/현상

5% 미만

Kingsemi, ACM

⑤ PR 스트립

80%

BEST, Kingsemi, CETC

⑥ 노광

0~1%

SMEE

⑦ 식각

20%

AMEC, NAURA, BEST

⑧ 박막증착

PVD

10~15%

NAURA

DVD

2~5%

Piotech

⑨ 입자주입

0~1%

中科信, Kingstone

⑩ 세정

20%

ACM, NAURA, PNC

⑪ 검측ㆍ계측

2%

Skyverse, Rsicsh, Pmish

 자료: 중국산업정보망(中国产业信息网)


특히, 미중 무역분쟁이 한참인 현 시점 전공정 분야의 핵심인 EUV와 CVD 등은 전적으로 네덜란드(ASML)과 미국(AMAT, Axcelis) 설비에 의존하고 있다는 점은 중국의 반도체 국산화를 더디게 하는 주된 사유 중 하나일 것이다. 실제로 지난 7월 미국은 네덜란드에 중국향 반도체장비의 수출 중단을 요구하였으며, 이 여파로 SMIC 등의 14나노 공정 및 그 이후의 공정 업그레이드에도 큰 타격을 입었다고 전해진다.


국산화를 위한 중국 정부의 정책노력 또한 큰 효과가 없어 보인다. 핵심기술을 보유하지 않은 상황 속 중국의 반도체 세제 혜택 정책은 산업의 발전을 이끌기에는 부족했다고 평가되며 특히, 2020년 11월 발생한 우한 HongXin 반도체의 280억 원 상당 투자프로젝트가 자초되면서 이후 중국 정부에서도 단순히 투자 규모를 확대하기보다는 반도체 공정 효율화에 대한 주문을 핵심기업에 요구하기 시작했던 것으로 파악된다.


중국 반도체 주요 세제 혜택

대상

세제혜택

비고

▸ 경영기간 15년 이상, 28㎚ 이하 공정 기술 보유

10년간 법인세 면제

신규

▸ 중점 집적회로 기업

5년 법인세 면제

신규

▸ 중점 반도체 설계/장비/소재/패키징 테스트 및 소프트웨어 기업

2년 법인세 면제 후 3년 법인세 50% 감면

기존

자료: KOTRA 시안 무역관 자체정리


중국 반도체 국산화·효율화 움직임

기업

내용

세부 내용

중신궈지(SMIC)

쟝샹이(蒋尚义)

부회장 부임

7nm 양산을 위해 제재대상인 EUV노광기가 필수적이었던 량멍숭(梁孟松) CEO 체제에서 벗어나 Chiplet 방식을 제시한 쟝샹이 부회장 채용 통해 7nm 양산과 5nm 및 3nm 생산 전문가 영입 도모

칭화유니

13억 위안 및 50억 위안 회사채 디폴트선언

50억 위안 상당의 디폴트선언을 한 칭화유니에 대한 정부 차원의 지원 정책을 검토하지 않음과 동시에 충칭 양쟝그룹의 지분투자를 유도함으로써 반도체 국산화의 실질적 실적을 보여주지 못한 칭화유니의 파산 및 개편 유도

화웨이

정부 보조금 확대

최근 화웨이에 대한 선전시 정부 및 재단 차원의 보조금 집행이 이루어진 것으로 보이며, 일부 화웨이 제품을 구입한 소비자들에 대한 구매보조금도 제공되고 있는 것으로 확인됨.

자료: KOTRA 시안 무역관 내부자료


전기차와 함께 성장하는 3세대 반도체 웨이퍼


3세대 반도체에 대한 수요는 전기차의 부상과 함께 늘어나고 있다. 3세대 반도체란 기존 반도체 웨이퍼를 구성하던 주요 소재인 실리콘(규소)을 그 저항이 작고 강도와 열전도율은 높은 전력반도체에 적합한 탄화규소(SiC) 또는 질화갈륨(GaN)으로 대체한 반도체를 이야기 한다. 현재 3세대 반도체에 대한 수요는 성장하고 있으나 아직 시장 내 주도적인 플레이어는 나타나지 않은 상황이다.


각각의 소재에 대해 간단히 소개하면 SiC(탄화규소)의 경우 고파워 사용환경에 적합한 성질(고온·고주파·고파워·고압력)로 파워(파워)반도체 산업에 이상적이며 GaN 대비 기술개발이 진전돼 현재 3세대 반도체 산업의 주요소재로 개발 중으로 기판 상의 에피택셜 성질에 따라 ‘전도성 기판’ 및 ‘반절연 기판’으로 구분된다. 이 중, 전도성 기판은 SiC 기판 상에 SiC 에피텍셜을 성장, 주로 파워(파워) 제품에 사용(신에너지 자동차, 태양광, 궤도교통, 항공우주 등)되며 반절연 기판은 SiC 기판 상에 GaN(질화갈륨) 에피택셜을 성장(GaN-on-SiC), 주로 마이크로 주파수 제품에 사용(5G 통신, 레이더 등)된다. 


한편, GaN(질화갈륨)의 경우 GaN은 고주파 사용환경에 적합하여(전도율, 에너지 효율성) 5G 기지국, 데이터 센터 등 5G 응용산업에 이상적이나 SiC 대비 기술개발이 더딘 상황으로(공정개발, 기판 대형화, 부산물 발생 등 방면). 기판이 두꺼운 기술적 제약으로 인해, 주로 기타 기판재료(사파이어, SiC, Si(실리콘) 등) 상에 GaN 에피택셜을 성장하는 방식이 채택되고 있다.


비록 현재 SiC 웨이퍼 시장의 경우 한국의 SK실트론과 미국의 CREE와 II-VI, 일본의 Rohm 등 4개사의 과점시장 형태가 구성되어 있다고 하나 독보적이라고 할 수 있는 기술이 나타나지 않은 상황이다. 투식스의 경우 중국 푸졘성 푸저우시에 공장설치를, Rohm사는 지리자동차, 정하이(正海集団)그룹 등과 적극적인 협력을 펼쳐나가고 있다. 세계 전기차 시장의 큰 축을 담당할 것으로 예상되는 중국이 Sic 웨이퍼 분야도 핵심 마켓이 될 것으로 추측되는 바, 시장선점 또는 대표 플레이어가 되기 위해 중국 당국 및 관련 기업의 대대적인 투자가 예고되고 있다.


국가

기업명

특이사항

미국

CREE

 - 6인치 SiC 웨이퍼 시장 글로벌 점유율 1위이며, 8인치 개발·전환을 위해 AMAT와 협력 중

 - 8인치 SiC 웨이퍼 생산을 계획(2020년 2월, 생산라인 착공)

 - 3세대 반도체 사업에 주력하기 위해 전통 사업부문(LED)을 매각하였으며(2021년 3월), 2024년까지 대규모 투자를 통해 생산력 확대 중(투자규모 10억 달러)

II-VI(투식스)

 - SiC 웨이퍼 시장 글로벌 점유율 2위(광모듈 1위) 기업으로, (General Electric)과 협력하여 SiC 기술통합 플랫폼을 구축함.

한국

SK실트론

 - 미국 듀폰사의 SiC 6인치 웨이퍼 사업부문을 인수(2020년 2월), 현재 ROHM(일본)과 점유율 3-4위를 다투며 8인치 연구개발 중임.

 - 올해 8월, 사업확대를 위해 미국내 SiC 웨이퍼 공장을 추가 신설할 계획임을 발표(향후 3년간 3억 달러 투자계획)

일본

Rohm

 - SK실트론과 SiC 웨이퍼 점유율 3-4위를 다투고 있으며, 올해 8월 중국 지리(Geely)자동차와 전략적 파트너십을 체결, 현재 개발 중인 지리 전기차에 SiC 파워 디바이스를 납품할 예정임.

 - 2020년 6인치 SiC 웨이퍼 생산을 개시(15만 장/연), 2024년까지 생산량 및 투자(600억 엔 규모) 확대 예정

자료: 광다증권, 궈하이증권, 인허증권 자료 종합


6인치 양산돌입, 8인치 개발 초입, 발전하는 3세대 반도체 파워시장


시장조사기관 IHS Markit(영국)에 따르면, SiC 파워부품 시장 규모는 2019년 6억1000만 달러에서 2025년 30억 달러 성장이 예상(CAGR 30.4%)된다고 하며, Yole Development(프랑스)는 GaN 파워부품 시장이 2019년 1996만 달러에서 2025년 6억8000만 달러로 성장(CAGR 80%)할 것이라고 예측하기도 했다. 이 중 SiC 전도성 기판은 6인치 상업화가 이루어졌으며, 글로벌 선두기업은 향후 약 5년 내 8인치 상용화를 개발·추진 중이라고 한다.


중국 반도체 국산화의 새로운 공략 포인트로 자리잡은 3세대 반도체


중국은 3세대 반도체 자체기술 개발을 미국의 반도체 산업제재 돌파와 신에너지·신인프라 발전의 견인장치, 경제성장의 동력으로 여기며, 신재생에너지차 산업체인의 핵심 구성요소로써 발전시켜나가고자 한다. 이미 정책적으로 관련 산업분야에 대한 적극적인 지원책을 마련해가고 있으며, 당시 13.5규획 기간 중에도 이미 해당 산업에 대한 발전의지를 뚜렷히 드러냈다.


「13·5 발전규획」기간 3세대 반도체 연구개발 및 발전 지원정책

정책

부처

관련 내용

일대일로 건설추진 과기혁신협력 특별규획

(2016년, 推進一帶一路建設科技創新合作專項規劃)

과기부, 발전개혁위원회, 외교부, 상무부

- 3세대 반도체 등 선진재료 제조기술 협력 및 연구개발 공동 추진

13·5기간 교통분야 과기혁신 특혀규획

(2017년, 十三五交通領域科技創新專利規劃)

과기부, 교통운수부

- SiC, GaN 등 전력전자 소자기술 연구개발 및 생산 추진

- 부품·소자 시스템의 하드웨어 테스트 기술연구

장강삼각주 지역 일체화 발전규획 강요

(2019년, 長江三角洲區域一體化發展規劃綱要)

국무원

- 8대 미래산업 분야인 3세대 반도체, 양자정보, 뇌모방 칩, 인공지능, 표적약물(靶向藥物, Targeting drugs), 면역세포, 줄기세포, 유전자 검측 등 발전

중점 신재료 첫 응용시범 지도목록

(2019년, 重點新材料首批次應用示範指導目錄)

공업정보화부

- GaN 단결정 기판 및 파워부품용 GaN 에피택셜, SiC 단결정 기판·에피택셜 등 3세대 반도체 제품이 목록에 포함

  자료: 각 중국정부 발표자료 KOTRA 시안무역관 정리

 

3세대 반도체에 대한 중국의 시장 가능성은 비단 정책적인 측면에서만 나타나는 것은 아니다. 실제 3세대 반도체 생산/개발 프로젝트에 착수 중인 대표적인 기업들의 투자액뿐만 아니라 그 영업실적이 뚜렷히 개선되고 있다는 점에서도 중국이 이미 관련 기업 육성의 초기단계에 안정적으로 안착했음을 짐작할 수 있다.


기업명

특이사항

산안 광전

(三安光電)

 - 중국 3세대 반도체 산업의 대표적 IDM(종합 반도체 회사)으로, 사업분야는 SiC 전도성 제품 위주로 전체 공정분야를 포함함(기판·에피택셜·칩·테스트·패키징).

 - 2021년 6월, 자회사 '산안반도체'가 사시(市)에서 '3세대 반도체 산업원 1기 공장(6인치)' 생산개시(3만 장/월, 투자규모 160억 위안)

 - 동 자회사의 영업수익은 2015-2020년 305만 위안→9억7400만 위안 증가(CAGR 894%), 2020년 8월, 푸젠성(省) 베이광신차이(北光新材)를 인수(지분 100%), 동 사는 SiC 기판 생산사업 보유

루샤오

(露笑科技)

 - 사파이어 기판 웨이퍼 분야의 사업경험을 기반으로 SiC 전도성 기판 사업을 확대 중임.

 - 2021년 6월, 6인치 생산능력 4.8만 장/연으로 추정되는 1기 사업의 생산설비를 공개하였으며, 2021년 9월 소량 시범생산 예정

- 2-3기 사업으로 생산확대 및 8인치 개발을 계획 중

톈커허다 반도체

(天科合達半導體)

 - Yole에 따르면, 동 사는 SiC 전도성 기판시장에서 2018년 글로벌 6위를 기록했던바 있음(점유율 1.8%).

 - 제품은 4인치 위주이며, 6-8인치는 연구개발 중

 - 2016-19년 영업수입 2,406→1억5000만 위안 증가(CAGR 153%, 2018년 흑자전환)

스다 반도체

(斯達半導體)

 - 중국 IGBT(파워반도체) 주요 기업*으로, 글로벌 선두기업 CREE와 협력하며 SiC 사업을 확대 중임(차량용 파워반도체).

 - 현재 6인치 SiC 칩 연구개발·산업화 사업 추진 중

 - 2016-2020년, 영업수입 3→9억6000만 위안 증가(CAGR 33.7%)

자료: 쳰잔산업연구원 자료 정리


시사점: 신인프라구축 및 신에너지 산업발전 기조가 이끌어내는 중국 3세대 반도체 산업발전


중국이 제시하는 '신인프라 구축 및 신에너지 산업발전 기조'는 모두 고주파·고출력 성능을 필요로 한다. 즉 국가의 발전 기조 속에서 중국 3세대 반도체 산업의 '내수시장 확대에 대한 기대'를 형성하고 있다는 점이다. 이러한 기대는 3세대 반도체 뿐만 아니라 이에 대한 산업 전반의 투자열기를 더하고 있는 것으로 보인다. 특히, 3세대 반도체 주요 중국 기업은 최근 2~3년 영업실적이 지속 개선 중이며, 1세대 반도체(Si) 기업과의 협력*을 통해 주도적으로 산업망 형성 중으로, 기존 1세대 중국 반도체 설비기업/IDM 기업/전력반도체 기업이 3세대 기업과 협력 또는 3세대 분야에 진출하는 동향 다수 포착되고 있다.


뿐만 아니라, 3세대반도체는 미국 제재가 부재하는 분야라는 점에서 중국 주요기업과 CREE, Rohm 등 글로벌 선두기업과 협력하는

모습도 쉽게 찾아볼 수 있다.


이러한 Δ 내수기반 산업발전, Δ중국 내외 기업 간 협력, Δ주요 기업 실적개선 등은 관련 산업의 안착에 더욱 힘을 실어줄 것으로 보인다.

다만, 중국 3세대 반도체 웨이퍼(기판, 에피택셜) 제조기술은 현재 도태상태에 놓인 4인치 위주로 글로벌 수준(6→8인치 전환 중)과는

격차가 존재하며, 시장수요(형성 초기) 역시 대부분을 수입에 의존하고 있는 것으로 보인다. 뿐만 아니라, 투자·생산 방면, 발표·선전되

는 '투자 체결액/생산능력'과 실제 '투입액/생산량' 간 괴리가 다소 존재하는 것으로 관찰되는 바 아직까지는 시장점유로 이어지기는

어려워 보이며, 뿐만 아니라 과거 반도체에 대한 무분별한 투자로 커다란 투자손실을 입었던 바 있는 중국 당국 및 기업에도 기술 확

보 가능성이 확실치 않은 분야에 커다란 투자를 하는 것은 쉽지 않아 보인다.
  

현재, 우리나라는 기술적으로 중국에 앞서있으나 중국의 추격은 정책적 지원(자본력), 산업망 구축(기업간 협력) 등에서 가속화 될 수 있다. 따라서 향후 발전 가능성이 뚜렷한 시장임을 감안한다면 시장 확보를 위한 우리 기업들의 선제적 대응과 노력이 필요한 시점이기도 하다.



자료: 중국산업정보망(中国产业信息网), IHS Markit, 광다증권, 궈하이증권, 인하증권 및 KOTRA 시안 무역관 자료 종합

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