ETRI, 기업에 질화갈륨(GaN) 반도체칩 설계/제작 돕는다

- 150나노 질화갈륨 설계키트 공개 및 칩 제작 서비스 시행
- 차세대 반도체 기술 확보로 K-방산, 6G·위성 등 자립화 기대

그림 1. ETRI GaN RF 개발품 및 어플리케이션. (자료제공: ETRI)

국내 연구진이 처음으로 150나노 질화갈륨(GaN) 반도체 기술 국산화를 위한 파운드리(파운드리 : 팹리스 업체가 설계한 반도체 제품을 위탁받아 생산 및 공급하는 ‘반도체 위탁 생산“을 의미) 시범서비스를 본격 시작한다. 국내기업은 그동안 질화갈륨(GaN) 반도체칩 제작을 위한 양산 및 설계환경이 부족해 전량 수입에 의존했다.

  한국전자통신연구원(ETRI, 원장 방승찬)은 4월 4일 원내에서 산·학·연 관련 관계자가 참석한 가운데, 과학기술정보통신부 “통신용 화합물반도체 연구 파운드리 구축사업”으로 개발한 세계적 수준인 150나노(0.15um)(현존 세계 최고 수준으로 전자소자의 성능을 의미하며 게이트 미세패턴 크기를 말함. 무기체계시스템에서 동작 주파수 대비 제일 앞선 기술로 가장 상용수준에 근접한 크기임) 질화갈륨 마이크로파집적회로(MMIC) ( MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) : 저항, 인덕터, 커패시터 등 수동소자 및 트랜지스터, FET 등 능동소자를 하나의 반도체 기판 위에 일괄 공정으로 제작하는 단일칩 초고주파 집적 회로) 설계키트(PDK) (프로세스 설계 키트(PDK) : 반도체 공정설계 지원키트, 집적회로를 설계하는 데 필요한 소자모델, 설계규칙, 레이아웃 지침 및 기타 데이터와 같은 정보가 포함) 공개발표회를 개최했다고 밝혔다.

  질화갈륨(GaN) 반도체는 차세대 반도체 핵심 소재·소자로 스텔스기의 에이사(AESA) 레이더, 6G통신에 사용되는 등 많은 관심을 받고 있다. 기존 실리콘, 탄화규소 및 갈륨비소 반도체의 한계를 극복할 수 있는 대안으로 인정받는다. 최근 기술 전략물자화의 대표적 기술로 최첨단 무기에도 적용될 만큼 중요성이 주목받고 있다.

  ETRI는 지난 15년 동안 다양한 주파수 대역에서 활용하기 위한 GaN 반도체에 관한 연구를 꾸준히 진행해 왔다. 연구진은 국내 처음으로 150나노 GaN 전자소자 및 MMIC 기술 개발을 완료해 이날 일반에 공개했다.

그림 2. ETRI 팹에서 제작된 4인치 GaN-on-SiC 웨이퍼 사진.

그림 3. ETRI 연구진이 ETRI반도체팹(FAB)에서 실험하는 모습.

  전 세계적으로 주목받고 있는 150나노 GaN 반도체는 오직 전 세계에서 6개 기관에서만 파운드리 생산이 가능하다. 특히 ETRI는 지난 36년간 팹(Fab)을 운영하며 화합물반도체 관련 기술이 축적되어 GaN 반도체까지 개발에 성공할 수 있었다. 연구진은 이러한 기술축적을 바탕으로 미세패턴공정, 식각 등 주요 공정에서 매우 우수한 노하우를 보유하고 있고, 수율(收率)이나 신뢰성 측면에서 세계 최고라는 평가다.

  그동안 국내 화합물반도체 관련 기업들은 자체 칩을 만들기 위해서 외국 파운드리 업체에 의존했다. 설계 및 공정 등 개발 기간이 오래 걸려 시스템 검증 및 납기 등에 어려움을 겪었고 경쟁력이 떨어졌다. 최근 국제적 정세변화, 공급망 이슈 등은 기업에 큰 걸림돌이었는데 ETRI의 파운드리 서비스는 기업엔 단비와 같은 존재가 된다.

  ETRI는 연구성과를 기반으로 K-방산 등 반도체 관련 기업을 적극적으로 지원할 예정이다. 칩 설계에 꼭 필요한 설계환경까지 만들어 배포해 줌으로써 칩 제작을 더욱 쉽게 도와주기로 했다.

  파운드리 서비스를 제공하기 위해서는 공정에 맞도록 개발되어 고객들에게 제공되는 프로세스 설계키트(PDK)가 필수적이다. ETRI는 올해부터 기업에 시범서비스를 통해 무료로 본격 지원을 시작한다.

  먼저 연구진은 멀티프로젝트웨이퍼(MPW, Multi-Project Wafer : 웨이퍼 한 장에 여러 개의 칩 설계물을 제작) 서비스를 위해 4월 중 제안서 접수를 통해 4개 기업을 선정한 후 설계를 신청받아 하반기 1차 파운드리 서비스를 시작한다. 2025년과 2026년에도 각 4개 기업을 선정, 3년 동안 총 12개 기업에 대한 수요를 받아 칩 생산까지 무료로 책임지기로 했다.

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