반도체 국산화를 위한 중국의 새로운 시도, 3세대 반도체

- 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 >

 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 핵심 기업들에 요구하기 시작했던 것으로 파악된다.

< 중국 반도체 주요 세제 혜택 >

자료: KOTRA 시안 무역관 자체정리

< 중국 반도체 국산화·효율화 움직임>

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 진전되어 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.

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>

  자료: 각 중국정부 발표자료 KOTRA 시안무역관 정리

3세대 반도체에 대한 중국의 시장가능성은 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.

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 미국제재가 부재하는 분야라는 점에서 중국 주요기업과 CREE, Rohm 등 글로벌 선두기업과 협력하는

모습도 쉽게 찾아볼 수 있다.

이러한 Δ내수기반 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 기업에게도 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