Foundry 산업의승자를가린다, FET WAR _02 (SK)

메모리 반도체 산업의 핵심 이슈

 DRAM : ‘21.1Q까지 재고 증가 우려되나, ‘21.2H 공급 부족으로 전환될 가능성 매우 높음
• 글로벌 DRAM 업체들의 보수적 CAPEX 계획으로 ‘21년 신규 증설 라인은 매우 적을 것
• Cloud/Platform 기업들의 현재 재고 수준은 높으나, ‘20.1Q까지 대부분 소진될 수 있을 것으로 판단
• 중국 스마트폰 시장의 부진과 Apple의 iPhone 12 출시 지연의 여파로 ‘20.3Q 부진하나 4Q 모바일 수요 회복 예상
• ‘20.4Q 선제적 가격 인하를 통한 Amazon 등 주요 고객의 재고 확보 재개되도록 유도가 필요한 시점
• DDR5는 메모리 신뢰성 유지를 위해 On-die ECC(Error Correction Code) 구현 면적 증가로 10~15% 수준의 Die penalty 발생
• ‘20.4Q 선제적 가격 인하를 통한 Amazon 등 주요 고객 재고 확보 재개 유도 ‘21년 공급부족기 진입

 NAND : 긍정적/부정적 전망이 모두 가능한 불확실한 시기 4가지 변수에 주목
• 금년 하반기는 공급 초과 : Server 증설 및 스마트폰 시장의 부진으로 ‘20년 하반기 가격 하락 불가피
• ’21년 수급의 첫번째 변수 : 삼성전자의 7세대 V-NAND의 Capa 전환 속도 및 정상 수율까지의 개선 속도
• ‘21년 수급의 두번째 변수 : IPO 이후의 Kioxia(舊 도시바)와 WDC(Western Digital Company)의 Capex 수준
• ’21년 수급의 세번째 변수 : YMTC의 128단 Xtacking 3D NAND의 성공적 양산 여부
• ‘21년 수급의 네번째 변수 : SK하이닉스의 176단 4D NAND의 ‘21년 하반기 양산 성공 및 정상 수율까지의 개선 속도

 ’21년 DRAM 업황 개선 가능성 매우 높으며, NAND도 우려 대비 양호할 것으로 전망
• 미국의 대중제재는화웨이에 이어 SMIC와 칭화유니그룹의 계열사(YMTC, uniSoC) 및 CXMT까지 확대될가능성 고조
• 팹리스(Hi-Silicon, uniSoC), 파운드리(SMIC), DRAM(CXMT), NAND(YMTC)에 대한 공세는, 미국에게 매우 효과적인 무기
• 미국과 중국의 긴장이 높아질수록, 미국은 중국의 반도체 산업에 대해 장비수출 금지 등 추가 제재 가능성 높아질 것
• IPO후 Kioxia에 들어오는 자금은 865억엔에 불과, ’20년과 ’21년 CAPEX는 비슷한 수준에서 결정될 가능성 높음

 

DDR 시리즈의 진행 속도는 둔화

새로운 메모리 규격, DDR5의 등장

 용량 4배, 성능 2배 차세대 DRAM, ‘DDR5’ 표준안 정식 발표
• 7월 14일(현지 시각), 국제반도체표준협의기구(JEDEC)는 PC 및 서버용 DDR5 DRAM 규격 표준안을 정식 발표
• 2020년 LPDDR5의 스마트폰 침투는 이미 시작, ’21년부터 서버 및 PC에 본격 채용될 전망 Intel은 Alder Lake부터 DDR5 채용
• 5G, AI 등 정보 처리 속도가 더욱 중요해지는 시대에서, DDR5에 대한 수요는 빠르게 증가할 것으로 기대  DDR5의 등장은 ‘21년 DRAM 수급에 매우 긍정적
• DDR5부터 메모리 신뢰성 유지를 위해 On-die ECC(Error Correction Code) 구현 On-die ECC 면적으로 인한 Die penalty 발생
• 업체별 Tech에 따라 다르지만 Die penalty는 약 10~15% 수준 그에 따른 Bit 감소 효과가 있을 것이므로 DRAM 수급에 긍정적
• DDR5는 초기 Die penalty 및 수율 문제 등으로 공급이 제한될 전망, 이에 비해 교체 수요 확대되며 초기 가격 프리미엄 형성 예상

DRAM 수급 및 ASP 전망(Raw) : ‘20년 보수적 투자 및 ‘21년 하반기 수요 회복 반영

DRAM 수급 및 ASP 전망

DRAM 수급 및 재고 전망

제품별 DRAM 가격 추이 및 전망

DRAM Technology Roadmap

NAND 수급 및 ASP 전망(Raw) : 모든업체Capex 및 YMTC 128단양산성공여부불투명

NAND 수급 및 ASP 전망 : YMTC 128단 성공/실패에 따라 수급과 가격 방향성 변화 가능

NAND 수급 및 재고 전망

NAND Technology Roadmap

‘21년 CAPEX 확대로 소재, 부품, 장비업체 실적 개선될 것

 ’20년 보수적 투자 기조에 ‘21년 CAPEX 확대는 불가피 (Foundry > NAND > DRAM)
• ’20년 DRAM: 삼성전자, SK Hynix, Micron은 연내 신규 설비투자 중단, 하반기 DRAM 가격 약세 전망으로 역시 투자 없을 것
• ’20년 NAND : 삼성전자, Toshiba Memory (Kioxia), SK Hynix, Micron 모두 신규 설비투자 중단 및 감산 돌입
• 결론적으로 ’21년 수요 성장 감안할 때, 추가 투자가 불가피 투자가 큰 폭으로 진행되지 않아도 최소한의 장비 투자는 필수적
 2019~2020년 소재 업체의 부진 우려됐으나, 일본 수출 규제로 투자 진행되며 국산화 가속화
• 현 정부는 ‘소부장 2.0’이라는 이름 하에 신 전략 기술에 5조 투입, 공급망 관리 품목도 100개에서 338개로 확대
• 정부의 적극적 R&D 및 재정 지원과 생산 설비 투자 시 조세 감면 정책 펼칠 시, 소재 업체에 대한 주목과 함께 실질적 성장 기대
• 특히 EUV 관련 소재나 식각 소재 등 일본의 공격에 취약한 소재부터 각종 세정 및 CMP 소재까지 투자 지속될 것

글로벌 관심사는 EUV, ASML에 대한 관심은 더욱 높아질 것

 EUV 생산을 하는 기업은 ASML이 유일, 현재 ASML의 EUV 장비는 Full Book 상태
• 현재로써 EUV 장비를 생산할 수 있는 기업은 ASML이 유일 EUV 외 장비 시장에서도 ASML의 지위는 독보적(M/S 85% 이상)
• ASML의 EUV 장비 생산 Capa는 이미 풀 가동 상태로, EUV 장비 Lead Time은 1년 이상 향후 더 늘어날 가능성도 상존
• 특히 메모리 생산에 EUV 적용 본격화 시, EUV 물량 확보 경쟁이 일어날 것으로 전망 ASML의 초호황 기대
 제품별 공정 로드맵, 미세화가 심화될수록 EUV 중요성은 상승
• 현재 로직은 7nm, DRAM은 1Znm 수준에서 EUV 적용 전망, 향후 스토리지 계열에도 EUV 적용 가능성 상존
• 미세화가 진행되면 진행될수록 EUV 공정의 원가 절감 효과는 ArFi 대비 효과적 패터닝 횟수가 크게 감소하기 때문
• EUV 중요성이 상승함에 따라 EUV 소재에 대한 관심도도 점차 증가 EUV 소재 내재화 움직임도 여전

글로벌 제조사 로드맵으로 보는 EUV의 중요성

 글로벌 반도체 제조사는 EUV 도입 계획을 발표, 2021년 이후 EUV에 대한 수요는 폭발적으로 증가할 것
• TSMC와 삼성전자는 시스템 반도체 선단 공정에서 EUV를 적용 45~50K 당 10대 수준, 현재 양사 연간 100K 이상 투자 전망
• 삼성전자는 DRAM 공정에도 EUV를 적용, SK하이닉스 역시 EUV TSMC를 따라잡기 위한 삼성의 공격적 로드맵 + EUV 적용 범위 확대도입 계획 메모리에도 EUV가 적용되는 추세
• 인텔 역시도 2021년부터는 EUV를 도입한다는 계획이 존재 가능할 지는 미지수이나, 적어도 R&D 목적의 수요 발생할 것
 EUV에 대한 수요는 급격히 증가, 그러나 ASML의 Capa는 한정적
• 현재 ASML은 연간 30대 이내의 장비를 생산, ‘21년에는 약 40대 수준으로 늘어날 것으로 기대
• 그러나 ’21년 삼성과 TSMC의 투자가 각각 100K 씩이라 가정할 때, 삼성과 TSMC만 합쳐도 총 40대의 EUV 장비가 필요
• 하이닉스와 인텔의 R&D 수요가 더해질 경우, 이미 수요는 ASML의 Capa를 초과 EUV 장비 Shortage 발생

TSMC를 따라잡기 위한 삼성의 공격적 로드맵 + EUV 적용 범위 확대

왜 노광공정은 중요할까?

 회로의 선폭이 세밀해질수록 생산성은 증대, 에너지 효율은 상승
 노광 공정은 실질적으로 반도체 회로를 그려내는 작업, 이때 회로를 얼마나 미세하게 그릴 수 있는 지가 생산성을 좌우
 쉽게 말해 동일 면적 내에 그림을 더 작게 그리면, 더 많은 그림을 그릴 수 있음 면적 당 생산성 증대 + 원가 절감
 뿐만 아니라 더 적은 에너지를 소모하여 더 많은 일을 할 수 있는 반도체를 만들게 됨 에너지 효율 향상
 노광 공정의 난이도는 전체 공정 중 가장 높은 수준 높은 공정 시간 비중과 원가율이 문제
 노광 공정은 공정 시간 기준으로 전체 생산 공정 시간의 약 60%를 차지하며, 원가율도 전체 중 약 35% 가량을 차지
 노광 공정의 비용 문제 해결 시, 반도체 생산 비용 획기적 절감 가능 EUV를 해야만 하는 이유
 기술력이 가장 많이 필요한 공정이다 보니 노광 공정 장비 시장 역시 과점 상태(ASML 85% 이상, 나머지 Nikon과 Canon)

ArFi EUV: 시스템 반도체 2030과 삼성전자 DRAM 초격차 전략의 핵심

EUV 공정의 원가 절감 효과는 ArFi 대비 획기적

일본과 한국의 무역분쟁이 EUV 반도체 소재에 집중되었던 이유

Metal Oxide Resist 계열에 대한 기대감 고조 Inpria에 몰리는 관심

Inpria MOx PR 공정의 아킬레스건: 일본의 Tokyo Electron 장비로 개발

EUV 공정별 Value Chain

반도체전공정개요도: 과거일본수출규제는난이도높은전공정에집중(감광액+ 식각가스)

노광공정 외에도 High-end 장비 및 소재에 대한 수요는 급격히 증가할 것

 미세공정화 진행 시, ALD(Atomic Layer Deposition)나 ALE(AL Etching) 장비 등 High-end 장비가 필수적
• 게이트의 길이가 10nm대를 돌파하면서 원자 크기에 가까운 사이즈의 분자를 다루어야 함
• Si Oxide의 경우 3~5 옹스트롬 수준의 분자를 컨트롤 해야 함(1 옹스트롬은 원자 1개의 지름의 길이와 유사)
• 결론적으로 High-end Foundry를 위해서는 원자 크기에 가까운 사이즈의 분자를 컨트롤 할 수 있는 High-end 장비가 필수적
 High-end 장비는 더 이상 High-end Foundry의 전유물이 아니다 메모리 생산라인에도 적용
• 소스와 드레인 간의 간격이 30nm 이하일 때는 Gate Oxide나 DRAM Capacitor의 절연막 두께를 1Xnm에서 1nm 이하로 줄여야 함
• 현재 삼성전자와 SK하이닉스의 경우 High-end DRAM을 1Ynm(10nm 중반) 이하에서 생산 박막의 두께를 극한으로 줄여야 함
• 64단 이상의 고층 3D NAND를 만들 때에도 전자가 오가는 Word line을 금속으로 채울 때, ALD 활용
 FET 구조 다변화와 미세공정화로 인해 소재에 대한 연구도 다변화
• 미세공정화가 진행되며 누설 전류의 문제를 해결하면서도 소자 성능을 향상시킬 수 있는 소재에 대한 고민 지속
• Substrate, Gate, Gate Oxide 등 소자를 구성하는 소재에 대한 개발 진행중
• 기존의 실리콘 위주의 소재에서 탈피하여 합성된 소재를 사용하는 방안이 시도되는 추세
 소자나 웨이퍼 자체의 소재 뿐 아니라, 식각, CMP 등 Front-end에서 이용되는 소재에도 주목
• 소재 국산화 이슈에 해당되는 식각 소재는 물론, 증착에 이용되는 프리커서(High-K, Low-K 등)에 대한 연구도 진행
• 소재의 경우 장비보다도 꾸준한 매출이 발생하며, 점차 고마진 소재 적용이 확대되고 있는 국면
• High-end 공정을 위한 소모성 부품 또는 소재에 대한 수요 더욱 확대될 것

 

전공정 장비 Glabal Value Chain

전공정 소재 Glabal Value Chain

20200907_SK_반도체-Foundry 산업의 승자를 가린다 , FET WAR.zip

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