실리콘카바이드(SiC), 질화갈륨(GaN) 등 차세대 소재가 6인치(150mm) 이하 소형 웨이퍼 시장 성장을 주도할 것으로 전망된다. 차량용 전력 반도체 수요가 급증하는 가운데 전력 효율성이 높은 SiC과 GaN 기반 반도체 수요 증가로 이어졌기 때문이다.
시장조사업체 욜디벨롭먼트 보고서에 따르면 소형 웨이퍼(6인치 이하) 시장은 지난해 48억달러(5조6169억원)이었다. 향후 6년간 연평균 1.8% 성장해 2025년 54억달러(6조3201억원) 매출이 전망된다. 2019년 전체 웨이퍼 시장에서 소형 웨이퍼가 차지하는 비중은 63%에 달한다.
소형 웨이퍼는 실리콘(Si)에서 SiC로 전환되는 추세다. SiC는 Si과 비교해 고온에서 작동이 가능하고, 열전도율도 더 높기 때문이다. 동시에 냉각에 소모되는 에너지도 작다. GaN도 높은 전력 효율성으로 급부상한 소재다. 이런 특징으로 SiC과 GaN은 최근 전기차, 하이브리드차용 전력 반도체와 5G 통신을 지원하는 무선주파수(RF) 증폭기(PA) 등에 활용되고 있다.
SiC 웨이퍼 시장은 2019년 2억달러에서 연평균 19.5% 성장해 2025년 7억달러 규모 성장이 예상된다. 반면 Si은 2019년 22억달러에서 연평균 3.3% 감소해 2025년 18억달러가 전망된다. 욜디벨롭먼트는 이 기간 동안 6GHz(sub-6) 주파수를 지원하는 통신 칩 Si 웨이퍼가 전력, 무선주파수(RF) 반도체용 8인치 또는 12인치 SiC 웨이퍼로 전환될 것으로 내다봤다. SiC은 주로 6인치(150mm) 웨이퍼에서 생산됐으나 최근 8인치(200mm)로 넘어가는 전환기에 있다.
최근 주요 반도체 업체들은 SiC, GaN 기반 반도체 개발에 나서고 있다. 인피니언은 GaN과 SiC 기술 확보를 위해 2014년 인터내셔널 렉티파이어(IR), 2018년 시텍트라를 인수했다. 로옴은 2018년 6월 GaN시스템과 협업을 통해 본격적으로 GaN 전력 디바이스 사업을 시작했다. ST마이크로는 2018년 RF 애플리케이션용 GaN-on-Si 개발을 위해 마콤과 협력을 시작했다. 지난 3월 ST는 GaN 기업 엑사간 지분 인수를 통해 전력 디바이스 사업을 확장하고 있다. GaN 반도체 기업 트랜스폼은 온세미컨덕터, 마이크로칩과 각각 파트너십을 맺어 GaN 기술을 공유하고 있다.
SiC 외에 소형 웨이퍼는 2025년 기준으로 사파이어 17억달러, LT/LN 5억달러, 갈륨아세나이드(GaAs) 4억달러, 인화인듐(InP) 2억달러 순으로 높은 매출이 형성될 것으로 욜디벨롭먼트는 전망했다. GaAs 웨이퍼 시장은 디스플레이에 활용되는 마이크로LED의 적색 픽셀이 성장을 촉진하고 있다. 최근 3D 감지 센서 소비자용 기기 수요가 높아짐에 따라 GaAs 빅셀(VCSEL)도 빠르게 성장 중이다.
Si 기반 소형 웨이퍼 또한 수요가 지속될 예정이다. 대표적인 전력 반도체 절연게이트양극성트랜지스터(IGBT)와 모스펫(MOSFET)은 주로 6인치 Si 웨이퍼에서 제조되고 있다.
웨이퍼는 두께가 얇을수록 제조원가가 줄어들고, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩 수가 증가한다. 이런 이유로 웨이퍼의 두께와 크기는 점차 얇고 커지는 추세다. 보고서는 "반도체 제조사는 감가상각된 실리콘 소형 웨이퍼 팹이 신소재 기반으로 전환됨에 따라 신규 시설 투자 부담감을 덜게 됐다"고 분석했다.
