1200V 11mΩ 대면적 SiC MOSFET 개발 성공…국내 생산 기반 확보로 공급망 경쟁력 강화 차세대 전력반도체 설계 전문기업 ㈜루트세미콘과 실리콘카바이드(SiC) 전력반도체 전문 제조기업 SK파워텍이 협업을 통해 차세대 SiC 전력반도체 국산화 개발에 성공하고, 첫 번째 엔지니어링 런(Engineering Run·시제품 생산)에서 평균 수율 80%를 달성했다고 밝혔다. 양사는 이번 기술 협력을 통해 고성능 SiC 전력반도체의 국내 생산 기반을 마련하는 동시에, 해외 파운드리(위탁생산)에 의존해 온 기존 공급망 체계를 다변화하는 계기를 확보하게 됐다. 이에 따라 향후 전기차 및 전장 부품 등 고부가가치 전력반도체 시장 진입에도 속도를 낼 전망이다. 루트세미콘과 SK파워텍은 지난 4월 ‘SiC MOSFET 파운드리 제품 개발 계약’을 체결하고 공동 개발에 착수했다. 이어 5월에는 1200V 11mΩ 사양의 대면적 SiC MOSFET에 대한 첫 Tape Out을 완료했으며, 6월 29일 첫 Fab Out을 성공적으로 마무리했다. 특히 첫 번째 엔지니어링 런에서 평균 수율 80%를 기록한 점이 주목된다. 대면적 고전압 SiC MOSFET은 제조 난도가 높은 제품군으로 꼽히며, 초기 개발 단계에서 높은 수율을 확보하는 것은 설계 최적화와 공정 기술의 완성도를 보여주는 지표로 평가된다. 이번 성과는 루트세미콘의 SiC 전력반도체 설계 기술과 SK파워텍의 SiC 파운드리 공정 기술이 결합해 얻은 결과라는 설명이다. 양사는 이를 기반으로 기존 해외 파운드리에 의존했던 생산 체계를 국내로 전환할 수 있는 기반을 마련했으며, 공급망 안정성과 생산 효율을 동시에 확보할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 국내 생산 체계 구축은 글로벌 공급망 불확실성에 대응하는 것은 물론 제품 리드타임 단축과 생산 경쟁력 향상에도 긍정적인 효과를 가져올 것으로 전망된다. 양사가 개발한 1200V 11mΩ 대면적 SiC MOSFET은 전기차(EV) 충전기 등 자동차 전장 분야를 주요 적용 시장으로 겨냥하고 있으며, 향후 Auto용 SiC 전력반도체 시장 확대에도 적극 대응한다는 계획이다. SK파워텍 역시 이번 공동 개발을 통해 자사의 SiC 파운드리 제조 역량과 공정 경쟁력을 입증하는 계기를 마련했다. 양사는 앞으로도 협력을 확대해 국내 전력반도체 산업 경쟁력 강화와 SiC 생태계 활성화에 기여한다는 방침이다. 장근호 루트세미콘 대표는 “SK파워텍의 우수한 공정 기술력을 바탕으로 첫 엔지니어링 런에서 80%의 높은 수율을 확보할 수 있었다”며 “해외에 의존하던 SiC MOSFET 생산을 국내로 전환해 반도체 국산화를 실현하고 글로벌 시장 경쟁력을 더욱 강화해 나가겠다”고 말했다. 이동재 SK파워텍 대표는 “루트세미콘과의 긴밀한 기술 협력을 통해 의미 있는 개발 성과를 거둘 수 있었다”며 “본격적인 양산 단계에서도 안정적인 품질과 공급 체계를 기반으로 글로벌 전력반도체 시장 경쟁력 확보를 적극 지원하겠다”고 밝혔다.

현대모비스가 2020년 현대오트론으로부터 반도체 사업을 인수한 지 5년 만에 핵심 부품용 반도체 연구개발과 신뢰성 검증을 마치고 본격 양산에 들어간다. 또 올해안에 미국 실리콘밸리에 연구 거점을 신설해 차량용 반도체 생태계를 확대 구축한다. 현대모비스는 올해 전동화와 전장, 램프 등 핵심부품용 반도체 연구개발과 신뢰성 검증을 마치고 양산을 시작한다고 18일 밝혔다. 과거 현대오트론은 내연기관용 구동시스템 반도체 개발에 주력했지만, 현대모비스는 반도체 연구개발 범위를 주요 수주 품목으로 확대했다. 올해 양산하는 주요 반도체는 전기차의 전원 제어기능을 합친 전원통합칩과 램프구동 반도체 등이다. 전기차 충전상태를 모니터링하고 안전성에 기여하는 배터리관리집적회로(IC)는 이미 공급 중이며 차세대 제품 개발에 속도를 낼 전망이다. 현대모비스는 미래 모빌리티를 선도할 핵심 요소기술로 지난 수년간 차량용 반도체 연구개발에 매진해왔다. 이를 위해 ‘반도체사업담당’이라는 별도 조직을 운영하며, 300여명 수준의 전문인력을 확보한 것으로 알려졌다. 현대모비스는 차량용 반도체 내재화를 추진하고 국내 차량용 반도체 생태계를 구축해 완성차 경쟁력에 기여하고 공급망 안정 효과에도 이바지한다는 방침이다. 현대모비스는 현대오트론 인수 이후 포트폴리오를 재정비하며 전력반도체와 시스템반도체 두 분야로의 선택과 집중에 주력하고 있다. 전력반도체는 전기차 주행거리와 구동능력을 향상시키는 반도체이고, 시스템반도체는 전원, 구동, 통신, 센싱, 네트워킹 등 다양한 기능을 수행하는 반도체다. 현대모비스는 중장기 반도체 연구개발 전략에 따라 내년에는 실리콘 기반 고전력 반도체(Si-IGBT)를, 2028년과 2029년에는 각각 차세대 배터리관리 IC와 실리콘카바이드 기반 전력반도체(SiC-MOSFET) 양산을 목표로 연구개발 역량을 집중하고 있다. 현대모비스는 올해 글로벌 반도체 기업과 협업을 강화하고 해외 우수인재 확보를 위해 미국 실리콘밸리에 전문 연구 거점을 신설한다. 실리콘밸리 연구거점은 국내 연구소와 함께 투트랙으로 운영하고 현지 사정에 맞춰 국내와 해외에 각각 특화된 반도체 설계기술을 개발할 방침이다. 박철홍 현대모비스 반도체사업담당 전무는 “실리콘밸리 연구거점 신설을 통해 차량용 반도체 생태계를 확대 구축하고, 해외 주요 기업들과의 연구개발 협력 사례를 늘릴 예정”이라고 했다.

과학기술정보통신부 산하 한국전기연구원은 SiC(Silicon Carbide·탄화규소) 전력반도체 소자 최첨단 기술인 ‘트렌치 구조 모스펫(MOSFET)’을 개발했다고 21일 밝혔다.SiC 트렌치 모스펫 기술은 SiC 웨이퍼(반도체 기판)에 좁고 깊은 골(트렌치)을 만들고, 골 벽면을 따라 전류 통로인 채널을 상하 방향으로 배열한 것이다. 수평으로 배열한 기존 채널 구조와 차별화한 고난도 기술이다. 한국전기연구원은 수평 배열 채널을 수직으로 세운 만큼 채널이 차지하는 면적을 줄일 수 있어 전력 소자(칩) 면적도 최대 수십 퍼센트 줄일 수 있다고 설명했다. 전기연구원은 이번 기술 개발은 SiC 기술 1부 리그에 후발 주자인 한국이 합류했다는 의미가 있다고 밝혔다. 한국전기연구원에 따르면 SiC 트렌치 구조는 안정적인 동작 및 장기 내구성 확보 등 해결해야 하는 난제가 많아 세계적으로도 독일과 일본만 양산하는데 성공할 정도로 기술 장벽이 높다. SiC 트렌치 모스펫 기술 개발에 참여한 문정현 전기연구원 전력반도체연구센터 박사는 “SiC 전력 소자에서 가장 난이도가 높은 이 기술이 적용되면 웨이퍼당 더 많은 칩을 만들 수 있어 공급량도 늘리고 소자 가격은 낮출 수 있다”고 말했다. 방욱 전력반도체연구센터장은 “트렌치 모스펫 기술은 전기연구원이 20년간 쌓아온 SiC 소재 및 소자 기술이 집약된 것”이라며 “수년 내에 SiC 시장의 주역이 될 트렌치 모스펫이 국산화된 것이 가장 큰 의미”라고 평가했다. 전기연구원은 SiC 트렌치 모스펫 원천기술을 포함해 제품 상용화를 위한 각종 측정·분석 등 종합적인 기술 패키지를 SiC 전력반도체 전문업체인 ㈜예스파워테크닉스에 최근 기술이전 했다. 기술이전 금액은 과제수탁 계약을 포함해 총 20억원이다. 전기연구원은 앞으로 장비구매에서 부터 양산화 라인 설치 등 모든 과정을 지원해 그동안 수입에 많이 의존한 SiC 전력반도체의 국산화 및 대량 생산을 적극 지원할 예정이다. 예스파워테크닉스는 이전받은 기술을 적용한 제품을 올해안에 출시해 전기차와 가전기기 고객회사에 선보힐 계획이라고 밝혔다. SiC 전력반도체로 전기차 인버터를 만들면 실리콘(Si) 반도체 인버터를 사용했을 때보다 에너지 효율이 최대 10% 높아지고 인버터 부피와 무게도 줄일 수 있다. SiC 전력반도체는 이같은 장점으로 전기 운송수단(e-mobility)용으로 최적이어서 전기차용 수요가 급증해 1년여 전부터 공급이 모자라는 상태다. 이에 따라 SiC 전력반도체 소재는 미국 기업의 대중국 금수 품목에 포함되기도 했다. 유럽 시장조사기관 IHS마킷 등에 따르면 SiC 전력반도체 시장은 지난해 7억달러(7800억원) 규모에서 2030년에는 100억 달러(11조 1400억원) 규모로 연평균 32% 높은 성장세를 나타낼 것으로 전망했다. 창원 강원식 기자 kws@seoul.co.kr/