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일본, TSMC 선택했지만...반도체 자립은 꿈 일수도

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일본, TSMC 선택했지만...반도체 자립은 꿈 일수도

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대만 TSMC 로고. 사진=로이터
일본 경제산업성은 최근 세계 최대 반도체 제조업체인 TSMC가 일본 반도체 소재 및 장비 제조업체와 협력해 일본 첨단 반도체 연구 개발을 지원한다고 밝혔다.

TSMC는 지난 3월 TSMC 재팬 3DIC(3차원 집적회로) R&D센터를 설립했다.

3DIC R&D센터는 이바라키현 쓰쿠바시의 국립 첨단 산업과학기술연구소에 라인을 구축하고 고성능 컴퓨팅 반도체에 필요한 3D 장착 기술의 연구 개발에 협력할 예정이다. 일본 정부는 5년간 190억 엔을 지원한다.

20개 이상의 일본 기업이 TSMC와 협업에 참여할 예정이다.

20개 기업은 신코전기산업유한공사, 이비덴, 후지필름, 미쓰이케미칼, 아사히 카세이, JSR, 니토 덴코, 시바우라 메카트로닉스, 디스코, 시마즈 제조 등 장비 제조업체 등이다.

◇TSMC가 일본에서 연구 개발 시작한 이유

TSMC는 상대적으로 ‘後공정’ 분야에서 경쟁력이 취약해 일본이 강점을 보유한 재료와 가공 방법에 능숙한 일본 기술을 습득하려는 의지 때문이다.

반도체 제조 공정은 디스크형 실리콘 웨이퍼에 회로가 형성되는 ‘先공정’과 많은 수의 사각형 칩이 웨이퍼에서 절단되어 기판 및 배선으로 연결되는 ‘後공정’으로 구성된다.

‘先공정’ 기술의 발전은 반도체의 성능 향상을 ‘무어의 법칙’으로 끌어냈으며, ‘後 공정의 부가가치는 미미한 것으로 평가되었다. ‘後공정’ 가치가 그간 가려진 상태였던 것이다.

이번 TSMC와 일본 기업의 협업에는 ‘後공정’ 관련 기술의 연구 개발에 보조금이 부여되었다.

◇‘3D 패키징 기술’이 반도체 진화의 핵심

반도체 회로 폭을 좁혀 원소 축적밀도를 높이는 소형화 기술이 물리적 한계에 접근함에 따라 서로 다른 기능의 반도체 칩이 3D 형상으로 쌓이는 ‘3D 패키징’이 성능 향상의 열쇠가 되고 있다.

3D 패키징 기술은 반도체 後공정에 속하는 기술로 반도체를 수직으로 쌓아올리는 기술이다. 반도체 성능을 끌어올리고, 칩 크기를 작게 만드는 데 필수 기술로 떠오르고 있다.

‘3D 패키징 기술’은 금속 배선이 외부와 함께 입력 및 출력 전기 신호에 적용되고 수지로 감싸고 보호되는 공정이다.

껍질을 벗긴 반도체는 매우 섬세하고 깨지기 쉽다. 작은 칩을 미세하게 쌓기 위한 기술은 어렵고 재료, 가공, 본딩 및 측정과 같은 모든 기술 분야에서 혁신이 필요하다. 세계 어떤 반도체 제조업체도 단독으로 마스터할 수 없는 분야다.

일본에는 밀봉 재료, 열 방출 및 연마 기술과 같은 원소 기술이 필요한 재료 및 장비 제조업체가 많다. 국제 협력을 통해 가치를 높이면 3D 패키징 구현의 핵심 플레이어로서 일본과 TSMC가 세계를 이끌 수 있다.

5G 이후의 고속 통신과 인공 지능을 최대한 활용하는 디지털 사회를 구축하려면 데이터 센터에 사용되는 고속 컴퓨팅 반도체가 필요하다. 이를 위해 ‘3D 패키징’ 기술이 요구된다.

◇일본 국내 생산의 꿈과 현실

일본은 반도체 자립과 경쟁력 강화를 위해 자국이 강점을 갖는 기술 분야와 TSMC와 협업을 모색하고 있지만, ‘後공정’과 ‘3D 패키징 기술’에 있어 대만과 삼성전자의 경쟁력이 막강한 점을 크게 의식하고 있다.

TSMC와 협력이 모든 문제를 해결하는 첩경은 아니라는 입장이다. 자국 내에서 첨단 반도체를 생산하는 역량을 축적하되 결국 수출도 모색해야 하는데 여기까지 도달하려면 시간과 투자가 필요하기 때문이다.

미국에서 바이든 대통령은 5년 동안 520억 달러를 반도체에 투자할 계획을 발표했으며, 유럽연합은 향후 반도체에 최대 1450억 유로를 투자할 것이라고 밝혔다.

경제안보 관점에서 해외 공급망이 중단되면 전 세계적으로 사업을 확장한 재료 및 장비 제조업체에게 큰 고통이 될 수 있다.

이에 최근 일본의 국내 반도체 연구개발 지원 채택은 TSMC 협력 사업을 포함해 현재 1000억 엔 미만이지만 향후 대량 생산을 위해 대규모 추가 투자를 늘릴 예정이다.


박정한 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com