SiC 웨이퍼와 시장과 업체 동향

기사입력 2016.10.12 17:25
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1. 시장: 2015년 시장은 전년대비 3% 감소

  2015년의 SiC 웨이퍼 시장은 전년대비 3% 감소한 8,445만불로 마이너스 성장이 될 것으로 보고 있다.
 
  파워디바이스(4H.n형)용은 횡보 추이이고, 고주파 디바이스(6H.SI형)용, LED(6H.n형)용도 시장 부진의 영향으로 금액기준으로 축소되었다. 새로운 시장 확대가 기대되었으나 2015년은 답보 상태가 되었다. SiC 웨이퍼시장 중에서 파워디바이스용은 전년대비 0.4% 증가한 5,060만불이 될 예상이다. 당초 2015년은 금액 기준으로 전년대비 50% 가까운 성장을 기대하고 있었으나 결과적으로 전년과 거의 동일한 규모로 추이될 것 같다.

  SiC 웨이퍼 업체에 의하면 2015년은 당초 월산 1만장이 될 것으로 기대하였으나 실제로는 5000매 정도로 약 50% 수준에 머물렀다. 현재의 시장 인식도 당초 예상에 비해서 5년 정도 성장이 지연되고 있는 상태이다.

  이처럼 시장 성장이 지연되고 있는 요인의 하나는 MOSFET(Metal Oxide Silicon Feild Effect Transistor: 모스펫)가 안정적으로 제조되지 못하고 있다고 한다. SBD(Schottky Barrier Diodes: 쇼트키 베리어 다이오드)는 현행의 웨이퍼 프로세스 기술로서도 안정적으로 제조하는 것이 가능하지만, MOSFET의 경우는 웨이퍼의 결정 품질이나 디바이스 제조공정의 기술확립이 불충분하다고 한다. SBD, MOSFET 나란히 SiC화를 도모할 수가 있다면 Full SiC 모듈을 실현할 수가 있어서 시장이 한번에 확대될 것으로 기대되고 있으나, 아직은 여기까지는 이르지 못하고 있다.

  웨이퍼의 결함에 관해서는 최근 학회 발표나 각사의 제품출하에 의해서 결함의 하나인 BPD(Basal Plane Dislocations)는 에피텍셜(Epitaxial) 성장으로 “소멸 된다”는 것을 알게 되었다. 향후는 MOSFET용으로 고품질 웨이퍼의 실현을 위해서 TSD(Threading Screw Dislocations)를 어떻게 저감하여 나갈 것인지 논의되고 있다.

  웨이퍼의 가격은 양극화가 진행되고 있다. 4인치에 있어서 MOSFET용의 고품질 Bulk 웨이퍼는 현재 10만엔 전후로 거래되고 있으나, 다이오드급이 되면 5만엔 정도까지 하락한다. MOSFET 시장이 지연되기 때문에 현재 시장에서 유통되는 웨이퍼의 대부분이 다이오드용으로 웨이퍼 단가 하락이 시장 확대를 지연시키고 있는 한 요인이 되고 있다.

  한편, 대구경화에 관해서는 8인치가 등장하려고 하고 있다. Cree사와 C-Six사 등 미국계 2개사가 대구경화에서 리드하고 있는 입장에 있으며, 2015년 세계 학회에서는 산업체와 여러 학계. 연구기관의 참여가 이어지고 있다. 장기적으로는 6/8인치가 주력이 되면 기존 Si 파워디바이스 라인을 보다 유효하게 활용할 수 있는 장점이 많다.

  향후 이러한 대구경 웨이퍼가 현재 4인치와 동일한 보급 가격까지 내려간다면 SiC 파워디바이스 시장이 확대하는데 기여를 할 것이다.

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2. 각 업체별 동향

(1) 신일철주금 Materials

  SiC 웨이퍼 사업은 파워디바이스용(4H.n형)에 특화되고 있다.
 
  2015년 하반기 출하량 기준으로 전년동기대비 1.5배가 될 예상이다. 상반기에 집중된 고객 측에서의 평가 작업이 종료되어 하반기 이후에 양산한 것이 출하가 증가된 요인이다. 현재는 4인치 출하에 주력하고 있고, MOSFET이 생산 가능한 고품질 형으로서 점유율 확대를 도모할 것이라고 한다. 6인치는 타사에 없는 고품질 웨이퍼를 적절하게 시장에 공급할 생각으로 시장투입을 미뤘다가 2016년 중반에 공급할 것이다. 지금까지는 MOSFET 생산이 가능한 고품질 6인치 웨이퍼를 시장에 내놓고 brushup을 지속하다가 저결함화 등에 일정한 계기가 되면 시장 투입을 결정한다. 벌크 웨이퍼만이 아니고, 에피텍셜 웨이퍼의 공급도 하고 있어 생산거점인 기거공장에는 MOCVD 장치도 완비하였다.

  생산저점인 기거공장은 공식기준으로는 월산 1000매(4인치 환산)의 생산능력이나 현재는 생산성의 개선으로 인해서 그 이상의 생산능력을 실현하고 있다고 한다.


(2) 쇼화덴코

 SiC 에피택시 웨이퍼 사업에 있어서 과제인 MOSFET 분야의 시장개척에 주력하고 있다. 2015년 10월부터는 SiC-MOS의 실용화한 새로운 등급의 에피 웨이퍼 판매를 개시한다. 조기에 매출 100억엔을 달성할 생각이다. 동사에서는 2015년 10월부터 4인치와 6인치의 결함을 대폭으로 저감한 새로운 “High Grade 에피(HGE)”를 개발하여 판매를 개시하였다. 개발한 HGE에서는 표면 결함을 기존 제품의 1/3인 0.1개/cm2로 BPD(기저면 전위)를 1/100인 0.1개/cm2이하로 가능하게 하였다.

   대표적인 결정결함인 BPD에 의한 디바이스 불량은 거의 없다고 한다. 동사에서는 SBD와 MOSFET 조합에 의해서 제작되는 풀 SiC 파워 모듈이 실용화와 시장 확대에 기여할 것으로 기대하고 있다.

   동 기술의 적용에 의해서 발전, 송전계통에 초고내압 디바이스용에서 필요로 하는 100㎛의 박막두께를 갖는 에피 웨이퍼에 있어서도 저수준의 결함밀도와 양호한 균일성 확보가 가능한 것이어서 HGE 제품으로서 출하를 개시하고 있다.
 
  SiC 에피 웨이퍼의 생산은 질부사업소에서 하고 있다. 2014년 9월에 월산 2500매(4인치 환산) 체제를 위한 증설 투자를 하고 있다. 현재 4인치 출하가 60%, 나머지 40%가 6인치(면적 기준)라고 한다. 일본 고객뿐만 아니라 해외의 팹리스 벤처에서 문의도 많다.

SiC 웨이퍼 시장(내제 포함)은 20% 시장 점유율을 확보하고 있다고 한다.


(3) Cicox(사이콕스)

  동사는 2012년 6월에 설립된 SiC 웨이퍼 기술개발 벤처 기업이다. SiC 웨이퍼 기술자를 중심으로 구성되어 있고, 현재는 전자부품상사인 가가전자의 자회사로서 기술개발을 진행하고 있다.

  동사의 SiC 웨이퍼는 단결정 웨이퍼와 다결정 웨이퍼를 접합 하는 것으로서 가격이 낮다. 구체적으로는 알곤 빔 에칭을 사용한 표면 활성화 접합으로 이것을 이용하여 디바이스 제작 표면만을 단결정 웨이퍼 박막으로 구성한다는 구상이다. 단결정 웨이퍼는 승화법에 의한 결정성장법 등으로 아주 고가이다. 한편, 다결정 웨이퍼는 단결정에 비해서 제조가 안정될 수 있다. 접합 단결정 웨이퍼는 열처리에 의해 필요한 두께만 사용하고, 이후 재사용 할 수가 있다. 이 기술을 사용하면 단결정 웨이퍼 1매부터 최대 수백매를 접합한 SiC 웨이퍼를 제작할 수가 있어 지지기판이 되는 다결정 웨이퍼의 비용을 고려해도 제조 비용은 기존보다 50% 이상 낮아진다고 한다. 현재의 개발성과는 이미 SBD급의 SiC 디바이스 생산이 가능하여서 향후 6인치 고품질화와 동시에 8인치 프로세스 설립도 진행한다고 한다.

  동사는 상용생산을 목표로 하고 있어 현재 일본에서 중간규모 양산까지 대응이 가능한 시제작 라인설치를 검토하고 있다. 동사 기술부장에 의하면 현재 접합한 SiC 웨이퍼의 생산에서 중요한 접합장치(웨이퍼 본더)의 사양 등을 상세히 취합하고 있는 단계이고, 사양이 결정되는 대로 본격적으로 라인 설치를 할 것이라고 한다. 당초 생산능력은 풀가동할 때 월산 3,000매 규모로 추정된다.


(4) C-Six사(벌크 웨이퍼에 주력/8인치화)

  전투기 업체인 NORTHROPE-Gruman 사에서 SiC 웨이퍼 사업을 2001년에 매수하였다. 파워 디바이스용, 고주파 디바이스용 두 개를 착수하고 있다. 동사의 SiC 웨이퍼 사업은 벌크 웨이퍼에 주력하고 있고, 에피텍셜 웨이퍼는 사업화 하지 않고 있다.

  파워 디바이스용으로 6인치를 업계 선두로 투입한 것 외에, 2015년에는 8인치를 일본에서 검토하고, 2016년 초부터 샘플 출하를 개시할 예정이다. 대구경화로 시장을 리드하고 있다. 동사에 의하면 8인치는 MPD, BPD 등이 6인치와 동등한 품질을 이미 확보하였고, 결정성장도 기존의 승화법을 기본으로 하고 있어 2020년경의 양산 출하를 목표로 하고 있다.

  현재 출하면적 기준으로 6인치가 70%, 4인치가 30%(2015년 예상)여서 6인치는 Cree 사와 같이 높은 점유율을 보유하고 있는 것으로 보인다. 단지 2015년 봄 이후 고객 측에서의 평가가 활발해지고 있는 상황이지만 양산용 출하가 저조한 추세로 2015년 출하량이 전년대비 횡보에 머물 것으로 예상한다. 생산은 개발기능을 보유하고 있는 뉴저지공장에서 하고 있으며 결정성장부터 가공(슬라이스 연마)까지 담당하는 일괄공정을 보유하고 있다. 이외에 2013년 가을부터 연마공정을 담당할 미국 미시시피에 새로운 공장 설립도 시작하고 있어, 장기적으로는 동 공장에서 결정성장도 할 생각이다.


  (5) 단케불사(중국)(2016년 양산 계획)

  중국과학원 물리연구소의 연구 성과를 바탕으로 2006년에 설립되었다. 현재, 북경에 새로운 공장을 건설하고 있고 2016년 3월에 양산출하를 개시할 예정이다. 신강 위구르 자치구에 있는 소구경 잉곳 제조거점을 제외하고 신 공장에 생산을 집약하여 일관생산에 의한 비용 절감과 연구개발의 고효율화를 도모한다. 총 생산능력은 종래 대비 2배가 되어 4인치 1000매/월 이상, 6인치 3000매/년 규모가 된다. 지금까지는 3/4인치를 양산화 하였으나 연구개발용도나 더미웨이퍼로서 사용되어 왔다.

  6인치는 잉곳을 제품화, 신공장의 가동에 맞춰서 웨이퍼의 양산출하를 개시하고 있다. 결함밀도는 4인치로 MPD 1개/cm2 이하를 실현, 6인치는 MPD 1개/cm2와 동등한 5개 이하를 라인업 할 예정이다. 향후의 목표는 디바이스 제조 용도에서의 채용을 계획하고 있어 고품질과 저가격의 양립을 목표로 하고 있다.

  또한 n형만이 아니고 4인치의 반절연(Si)형도 제품화하였고 RF 디바이스용으로 공급을 목표로 하고 있다. 에피공정은 중국 국내·외에 있는 에피 업체와 제휴해 나갈 생각이다.

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