이 기사는 2025년 02월 20일 18시20분 thebell에 표출된 기사입니다

반도체 집적도가 높아지면서 신공정·신소재 적용이 본격화하고 있다. 앞서 극자외선(EUV) 노광 기술이 상용화된 것도 같은 맥락이다. 최근 화두는 '몰리브덴'이다. 차세대 금속 배선 소재로 기존 텅스텐을 대체할 것으로 기대받는다.

삼성전자를 시작으로 SK하이닉스, 마이크론 등 메모리 '빅3'가 연이어 도입 중이다. TSMC 등 선도 반도체 위탁생산(파운드리) 기업도 활용할 것으로 관측된다. 이에 발맞춰 관련 장비와 소재를 다루는 업체들이 움직이기 시작했다.

20일 글로벌 반도체 장비사 램리서치는 서울 강남구 코엑스에서 기자간담회를 열고 몰리브덴 기반 원자층증착(ALD) 장비 '알터스 할로(ALTUS Halo)'를 소개했다. 증착은 반도체 박막 등을 형성하는 공정이다. ALD는 증착 방식 중 하나로 원료(전구체)와 반응 가스를 번갈아 주입하면서 박막을 성장시킨다. 원자층을 하나씩 적층하기 때문에 미세한 박막을 구현할 수 있는 것이 특징이다.


이전까지 ALD 전구체로 텅스텐이 주로 쓰였으나 반도체 회로 선폭이 나노미터(nm) 수준까지 내려오면서 한계가 있었다. 이를 상쇄하는 것이 몰리브덴이다.

몰리브덴은 비저항이 낮은 물질이다. 비저항은 소재가 전류에 얼마나 강하게 저항하는지 나타내는 척도다. 낮을수록 신호 속도가 빨라져 반도체 성능이 향상된다. 몰리브덴으로 증착 시 저항이 50% 감소한다는 설명이다.

더불어 몰리브덴은 전류를 원활히 흘려보내기 위한 장벽(배리어층)을 만들 필요도 없다. 해당 공간만큼 선폭을 줄일 수 있다는 의미다.

반도체 업계는 낸드플래시부터 몰리브덴을 투입하고 있다. 낸드 중에서도 '워드라인'에 우선 적용 중이다. 워드라인은 메모리 내 셀을 동작시키는 구역이다. 정보를 읽고 쓰기 위한 문 역할을 한다고 볼 수 있다.

카이한 애쉬티아니 램리서치 부사장은 "마이크론이 도입을 확정했고 다른 낸드 고객들도 사용할 것"이라며 "글로벌 기업 일부가 검증하거나 파일럿 라인을 가동 중이다. 또 일부는 생산 단계에 있는데 한국 고객도 포함된다"고 이야기했다.

업계에 따르면 삼성전자가 9세대(286단) 낸드부터 몰리브덴을 이용 중이다. 400단대 10세대 낸드부터는 몰리브덴 비중이 더욱 높아질 전망이다. 연구개발(R&D) 단계인 SK하이닉스는 마찬가지로 400단대부터 본격 적용을 앞두고 있다. 마이크론은 램리서치와 호흡하면서 연내 양산에 나설 방침이다. 키옥시아 등도 준비 중이다.

이들은 램리서치나 도쿄일렉트론(TEL)과 손잡고 몰리브덴 확대를 모색한다. 전용 생산라인이 갖춰지는 과정에서 양사의 수주 경쟁이 치열할 것으로 예상된다. 램리서치의 이번 행사는 신호탄격이다.

추후 몰리브덴은 로직칩과 D램 등에서도 활용된다. 이미 TSMC가 테스트 중이고 삼성전자 등은 D램 적용 시기를 조율 중이다. D램은 공정상 바로 도입하기 쉽지 않아 수년 이상 소요될 가능성이 크다.

박태순 램리서치 수석디렉터는 "낸드는 1000층을 향해 가고 D램은 4F(셀을 수평이 아닌 수직으로 배치) 등 집적도 이슈를 개선하려는 방안이 나오고 있다. 로직 쪽은 게이트올어라운드(GAA) 기술 등이 접목되는 상황"이라며 "몰리브덴이 고객에 유연성을 제공할 수 있다. 올해부터 (낸드를 시작으로) 관련 양산품이 나올 것"이라고 강조했다.

장비사에 이어 소재사도 몰리브덴 대전이 점화했다. 기존 인테그리스, 에어리퀴드 등이 주를 이뤘다면 머크, SK트리켐, 한솔케미칼 등이 도전장을 내밀었다.

이날 머크는 연내 국내 몰리브덴 생산라인 구축 계획을 공유했다. 수천억원이 투입된 '레벨업 프로젝트' 일환으로 삼성전자, SK하이닉스 등 로드맵 전개 대응 차원으로 읽힌다.