특수 분야 반도체 국산화 준비 완료…4인치 웨이퍼 수율 95% 달성

게티이미지뱅크(c)

국방과 우주, 차세대 통신 등 특수 분야에 쓰이지만 전량 수입에 의존했던 고성능 화합물 반도체 소자의 국산화 기반이 마련됐다.

29일 관련 업계에 따르면 한국나노기술원(KANC)은 4인치 '비소화갈륨(GaAs) 변성 고전자 이동도 트랜지스터(mHEMT)' 제조 공정에서 95% 이상 수율을 확보했다.

반도체 웨이퍼 제작에 쓰이는 비소화갈륨(GaAs) mHEMT는 두 가지 이상 원소를 결합해 만드는 화합물 반도체 소자다. 실리콘(Si) 기반 반도체의 물리적 한계를 극복하는 차세대 소재로 주목받는다.

실리콘 대비 전자의 이동 속도가 5~6배 빠르며, 이를 활용한 소자 구조는 초고주파 대역에서도 신호 왜곡 없이 강력한 증폭 성능을 발휘한다.

방사선 노출이 심한 우주 공간 등 극한 환경에서도 오작동 없이 임무를 수행할 수 있는 엄격한 신뢰성(Reliability) 기준을 충족한다. 능동위상배열(AESA) 레이더나 미사일 탐색기(Seeker) 등 첨단 무기 체계 생산에 필수여서 '국방반도체의 핵'으로 불린다.

하지만 실리콘에 비해 재질이 무르고 다루기 까다로워 그간 2~3인치 소형 웨이퍼 제작이 일반적이었다. 그마저 국내 설계 역량에 비해 제조 인프라가 부족해 핵심 소자의 90% 이상을 해외 수입에 의존해 왔다.

나노기술원은 기존 2~3인치 소형 웨이퍼 중심이었던 제조 환경을 4인치 대면적으로 확대하면서도 95%라는 고수율을 달성했다. 생산 효율과 품질을 동시에 높이면서 국산화 성과를 올린 것이다.

나노기술원은 현재 송수신 통합 칩(MMIC) 설계를 위한 가이드북인 공정 설계 키트(PDK) 제작에 돌입했다. PDK는 반도체 제조 공정의 물리적 특성값을 담은 디지털 설계 도구 모음이다. 이 플랫폼이 완성되면 국내 팹리스 기업이 나노기술원의 4인치 공정을 활용, 복잡한 고성능 칩을 직접 설계하고 양산할 수 있는 생태계가 조성된다.

이와 함께 일종의 '공동구매' 개념인 MPW(Multi-Project Wafer) 지원도 병행한다. MPW는 한 장의 웨이퍼에 여러 기업의 설계안을 모아 제작하는 서비스다. 웨이퍼 1장당 수억원에 달하는 중소 팹리스의 시제품 제작 비용 부담을 획기적으로 낮춰준다. 해외 파운드리에 의존하며 겪었던 긴 대기 시간과 고비용 문제를 해결함으로써 국내 화합물 반도체 생태계의 자생력을 키우는 핵심 동력이 될 전망이다.

업계 관계자는 “4인치 웨이퍼 공정은 생산 비용을 낮추고 공급 속도를 획기적으로 높이는 전환점이 될 전망”이라며 “특히 95% 수율은 단순 연구 단계를 넘어 실제 상용화와 양산이 가능한 수준의 공정 안정성을 갖췄음을 의미한다”고 설명했다.

이형두 기자 dudu@etnews.com