중국 위안지웨이, 세계 최초 8인치 2D 반도체 시범 라인 구축

중국의 한 반도체 스타트업이 세계 최초로 8인치 2차원(2D) 반도체 전용 시범 생산 라인을 구축했다고 발표했다. 미국의 고강도 반도체 수출 제재 속에서 원자 두께의 신소재를 활용해 대량 생산 가능성을 시험하겠다는 구상이다.

12일(현지시각) 과학 기술 전문매체 인터레스팅 엔지니어링 등 외신에 따르면, 상하이에 본사를 둔 스타트업 '위안지웨이(Yuanjiwei)'는 미래 컴퓨팅 시장에서 극자외선(EUV) 리소그래피 장비가 전혀 필요하지 않을 수도 있다는 파격적인 예측을 내놓았다. 완전히 새로운 소재와 제조 방식을 도입하면 기존 미세 공정의 한계를 우회할 수 있다는 주장이다.

그동안 더 빠르고 효율적인 컴퓨터 칩을 개발하기 위한 글로벌 경쟁은 EUV 장비 확보와 직결돼 있었다. 최첨단 실리콘 칩 제조에 필수적인 이 장비는 미·중 갈등에 따른 수출 제한으로 인해 그간 중국 반도체 산업 발전의 가장 큰 걸림돌로 작용해 왔다.


현재 반도체 업계는 트랜지스터 크기를 줄여 성능을 높이는 기존 방식이 물리적 한계에 다다르며 근본적인 난제에 직면했다. 부품이 원자 크기에 가까워질수록 제조 비용이 급증할 뿐만 아니라, 트랜지스터가 꺼진 상태에서도 전류가 흐르는 '누설 전류' 현상이 심화되기 때문이다. 이는 불필요한 에너지 낭비와 극심한 발열을 초래한다.
이에 대한 대안으로 주목받는 것이 바로 2D 반도체다. 단 1~2개의 원자층으로 구성된 이 물질은 3차원 결정 구조의 실리콘과 달리 전자가 매우 얇은 2차원 평면 내에서만 이동한다. 이러한 독특한 구조 덕분에 극소 규모에서도 강력한 전기적 성능을 유지하며 누설 전류를 효과적으로 제어할 수 있다.

바오원중 위안지웨이 회장은 사우스차이나모닝포스트(SCMP)와의 인터뷰에서 "2D 반도체는 원자 수준의 두께를 갖추고 있어 트랜지스터 구조를 복잡하게 만들지 않고도 크기를 획기적으로 줄일 수 있다"고 설명했다. 아울러 이 초박형 소재를 3D 칩 적층 기술과 결합하면, 칩 크기를 키우지 않고도 회로를 여러 층으로 쌓아 컴퓨팅 성능과 메모리 밀도를 대폭 끌어올릴 수 있다고 덧붙였다.

실험실 밖으로 나온 2D 반도체…2029년 5나노 달성 조준

사실 2D 반도체는 글로벌 연구진이 10년 넘게 연구해 온 분야다. 다만 원자 두께의 소재를 대면적 웨이퍼 수준에서 균일하게 제조하는 기술적 난도가 너무 높아 그동안 실험실 연구 단계에 머물러 있었다.

위안지웨이의 성과는 이 실험실 수준의 연구를 실제 칩 생산이 가능한 산업 공정으로 전환했다는 점에 있다. 회사 측은 이번에 공개한 8인치 시범 생산 라인이 소재 준비부터 완제품 통합, 생산 전 최종 설계 단계인 '테이프아웃(Tape-out)'까지 전체 제조 공정을 단일 플랫폼으로 포괄한다고 밝혔다.
위안지웨이는 이 생산 기반을 활용해 첨단 공정을 개발하고, 최종적으로 EUV 장비 없이 2029년까지 5나노미터(nm)급 칩 기술을 달성하겠다는 로드맵을 제시했다.

이는 첨단 반도체 장비 차단에 맞서 독자적인 노선을 구축하려는 중국 정부의 전략과 궤를 같이한다. 현재 중국은 외국 기술 의존도를 낮추기 위해 대학, 국립 연구소, 장비 제조업체, 반도체 기업을 연계한 대규모 투자를 단행하고 있다.


전문가들은 이러한 시도가 유망한 방향성이라는 점을 인정하면서도, 실제 상업적 성공으로 이어지기까지는 여전히 많은 장애물이 남아 있다고 지적한다.

이번 발표회에 참석한 업계 관계자들은 반도체 제조가 세계에서 가장 복잡한 산업 공정인 만큼, 소재나 특정 생산 라인 하나만으로는 상용화가 불가능하며 장비·부품·소재를 아우르는 전반적인 공급망이 함께 성숙해야 한다고 강조했다.

기술적 신뢰성 확보도 숙제다. 실험실에서 고성능 트랜지스터 몇 개를 구현하는 것과, 결함 없이 일정한 성능을 내는 동일 소자 수십억 개를 웨이퍼 위에 안정적으로 양산하는 것은 차원이 다른 문제이기 때문이다. 과거 수많은 차세대 반도체 기술들이 상용화 단계에서 고배를 마신 이유이기도 하다.

그럼에도 이번 8인치 시범 라인 가동은 2D 반도체의 산업화 가능성을 가늠할 중요한 전환점으로 평가받는다. 만약 중국이 이 기술을 통해 양산에 성공한다면, 미국의 가장 강력한 반도체 장비 규제를 우회하여 독자적인 첨단 칩 생태계를 구축하는 사상 초유의 돌파구를 열게 될 전망이다.


이인수 글로벌이코노믹 기자 tjlee@g-enews.com