레이크머티리얼즈, 반도체 핵심 소재 육불화텅스텐 '공급중단'…몰리브덴으로 해결한다

반도체 핵심 공정 소재로 알려진 육불화텅스텐을 생산하는 일본 주요 화학 기업 2곳이 해당 제품의 생산을 영구 중단하기로 결정하면서 국내 반도체 공급망에 경고등이 켜졌다. 이러한 가운데 고순도 몰리브덴 전구체의 합성 및 정제 기술 개발을 국책 과제로 진행 중인 상장사 레이크머티리얼즈가 재조명받고 있다. ⓒ 제미나이 생성 이미지.

[프라임경제] 반도체 핵심 공정 소재로 알려진 육불화텅스텐(WF6)을 생산하는 일본 주요 화학 기업 2곳이 해당 제품의 생산을 영구 중단하기로 결정하면서 국내 반도체 공급망에 경고등이 켜졌다. 

세계적인 IT·기술 전문 시장조사 및 컨설팅 기관인 트렌드포스(TrendForce) 등에 따르면, 일본의 주요 화학 소재 기업인 칸토덴카(Kanto Denka)와 센트럴글래스(Central Glass) 두 곳이 반도체 제조 공정에 사용되는 특수가스인 육불화텅스텐의 제조를 전면 중단하기로 했다. 육불화텅스텐의 공급 중단은 중국이 핵심 재료인 텅스텐의 대 일본 수출 통제에 따른 것이다. 

해당 소식에 시장에선 단순한 '공급처 다변화'를 넘어 기존 텅스텐을 대체할 차세대 소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 그 중 하나가 전도성 금속 소재인 '몰리브덴(Mo)'이다. 몰리브덴은 텅스텐 대비 전기 저항이 낮고 웨이퍼에 직접 증착이 가능해 육불화텅스텐의 한계를 극복할 '게임 체인저'로서의 가능성을 높이고 있다.

이러한 가운데 차세대 메모리 및 시스템 반도체 공정에 필수적인 고순도 몰리브덴 전구체(Precursor)의 합성 및 정제 기술 개발을 국책 과제로 진행 중인 상장사 레이크머티리얼즈(281740)가 재조명받고 있다.

◆ '세계 생산량의 25%'가 사라진다…日 기업의 육불화텅스텐 생산 중단 

이미 삼성전자와 SK하이닉스, TSMC 등 주요 고객사들에게는 오는 7월1일부터 육불화텅스텐 생산을 영구 중단한다고 공식적으로 통보한 상황이다. 두 업체가 글로벌 육불화텅스텐 공급량에서 차지하는 비중은 약 25%에 달한다. 이에 공급 부족 현상은 오는 2027년까지 이어질 것으로 관측되고 있다.

육불화텅스텐은 반도체 칩 내부에서 전기가 통하는 길을 연결하는 금속 배선(Metalization) 공정에 필수적으로 사용되는 핵심 소재다. 화학기상증착(CVD) 공정을 통해 반도체 웨이퍼 위에 텅스텐 막을 형성할 때 쓰이는 전구체 역할을 한다.

과거 2019년 일본의 수출 규제 당시에도 반도체 핵심 소재의 국산화가 국가적 과제로 떠오른 바 있다. 이번 일본 기업들의 생산 중단 결정 역시 국내 반도체 제조사들에게는 단기적인 수급 불안을 야기할 수 있는 위기 요인으로 작용할 전망이다.

◆ 텅스텐, 한계에 다다르다…새로운 대안으로 떠오르는 '몰리브덴'

그동안 텅스텐은 우수한 전기 전도성과 열 안정성 덕분에 수십 년간 반도체 금속 배선 공정의 절대 강자로 군림해 왔다. 하지만 반도체 회로 선폭이 2나노미터(nm) 이하의 초미세 공정으로 접어들고, 낸드 플래시 메모리의 단수가 300단을 넘어가는 3D 낸드 시대로 진입하면서 텅스텐은 물리적 한계에 부딪히고 있다.

이러한 텅스텐의 한계를 극복할 '게임 체인저'로 낙점된 소재가 바로 몰리브덴(Mo)이다. 몰리브덴은 나노 스케일의 초미세 배선 공정에서 기존 텅스텐 대비 전기 저항이 50% 이상 낮다. 무엇보다 두꺼운 접착층이나 베리어층 없이도 웨이퍼에 직접 증착이 가능해, 극도로 좁은 공간에서도 전도성 금속을 꽉 채워 넣을 수 있다. 

몰리브덴이 3D 낸드 플래시 메모리 및 2나노 이하 시스템 반도체의 초미세 회로 배선 공정에 있어 필수 소재로 자리할 것으로 예상되는 가운데, 유기금속 화합물 전문 기업 레이크머티리얼즈의 행보가 재조명되고 있다.

레이크머티리얼즈는 현재 '반도체 낸드 플래시 메모리 제조 시 전도성 금속 공정용 소재인 고순도 몰리브덴 전구체 합성 및 정제법 기술개발'을 활발히 진행 중이다. 해당 연구개발은 2024년 1월부터 지금까지 진행되고 있으며, 기존 육불화텅스텐의 대체용 전구체 개발 수요에 직접적으로 대응하고 있다. 

회사 측은 "몰리브덴 전구체 소재는 메모리 및 비메모리 제조 용도로 전도성 금속 공정용 소재인 텅스텐 전구체의 대체 물질로 전량 전환될 예정"이라고 설명하며, 향후 국내외 반도체 제조사의 해당 제품 시장이 대폭 확대될 것으로 내다보고 있다.

특히 현재 반도체용 몰리브덴 전구체는 전량 수입에 의존하고 있는 실정이다. 레이크머티리얼즈가 본 과제를 통해 합성 및 정제 기술을 상용화 수준으로 끌어올릴 경우, 단순한 국산화 선도를 넘어 글로벌 반도체용 전구체 시장에서 압도적인 기술 경쟁 우위를 확보하게 될 것으로 기대되고 있다.

레이크머티리얼즈 CI. ⓒ 레이크머티리얼즈

◆ "하이케이 도입 때처럼 거스를 수 없는 대세…연구 순항 중"

레이크머티리얼즈 관계자는 현재 진행 중인 몰리브덴 연구에 대해 "계속적으로 연구 개발이 순항 중에 있으며, 회사 차원에서도 장기적으로 가장 크게 기대하고 있는 아이템 중 하나"라고 전했다.

이와 함께 반도체 공정의 역사적 흐름을 짚으며 몰리브덴의 성공 가능성을 강조했다. 

그는 "과거 반도체 공정에서 실리콘(Silicon) 절연막을 쓰다가 미세화에 따른 누설 전류와 속도의 한계에 부딪혔을 때, 고유전율 소재인 하이케이(High-K)가 도입되며 업계의 대세가 됐다"고 설명했다. 

이어 "지금의 금속 배선 공정도 마찬가지다. 하이케이 단에 맞는, 다음 세대를 위해 쓰이는 아이템이자 반도체 테크 공정의 변화(다음 단계)를 완벽히 대비하는 핵심 소재가 바로 몰리브덴"이라고 짚었다.

한 업계 관계자는 "이번 육불화텅스텐 제조 중단 사태는 단순히 특정 소재의 공급 부족 해프닝으로 끝날 사안이 아니다"라며 "글로벌 반도체 소재 밸류체인이 기존의 텅스텐 중심에서 차세대 고효율 소재인 몰리브덴으로 재편되는 속도를 한층 가속하는 강력한 촉매제로 작용할 가능성이 높다"고 바라봤다.