머크 "몰리브덴, 3D 적층 시대 인터커넥트 대안"…'습도' 잡고 '99% 활용' 딜리버리 승부

[반도체레이다]

3차원 적층, '소재·공정 완벽도'가 전력·성능 갈라

몰리브덴, 텅스텐·구리 대체 후보…낸드부터 로직·D램까지 '확산'

[디지털데일리 배태용기자] "반도체는 더 작아지는 것만으로는 한계가 왔습니다. 앞으로는 위로 쌓는 시대고 그럴수록 소재와 공정의 '완벽도'가 전부가 됩니다."

머크가 10일 서울 강남구에서 기자간담회를 열고 몰리브덴(Molybdenum)을 중심으로 한 차세대 반도체 소재·공정 방향을 공유했다. 발표에 나선 캐서린 데이 카스 머크 딜리버리 시스템 & 서비스 비즈니스와 특수 가스 비즈니스 수석부사장은 "반도체, 인공지능(AI), 생명과학 등 분야 간 경계가 흐려지고 있다"며 "특히 AI 확산으로 데이터센터 전력 소모가 커지는 만큼 칩 단계에서 효율을 끌어올리는 소재 혁신이 더 중요해졌다"고 말했다.

머크가 강조한 키워드는 3차원(3D) 적층이다. 트랜지스터 미세화가 원자 수준에서 물리적 제약에 가까워지면서 업계는 로직·메모리를 수직으로 쌓고 연결 거리를 줄여 데이터 전송 지연과 전력 소모를 동시에 낮추는 방향으로 간다는 설명이다. 그는 "사람 머리카락 굵기와 비교도 안 될 수준으로 얇은 층을 원자 단위로 정밀하게 다뤄야 한다"며 "어느 한 원자라도 제 위치에 있지 않으면 A에서 B로 못 가는 것처럼 적층이 높아질수록 품질 요구 수준이 급격히 올라간다"고 말했다.

텅스텐·구리 대체 후보 '몰리브덴'…"낸드가 먼저, 로직·D램도 가능성"

이번 간담회에서 가장 많이 언급된 소재는 몰리브덴이었다. 머크는 몰리브덴을 반도체 인터커넥트(배선·연결) 영역에서 텅스텐(W)과 구리(Cu)를 일부 상황에서 대체할 후보로 소개했다. 몰리브덴이 주목받는 배경으로는 3D 적층 확산에 따른 연결 구조의 복잡도 증가와 전력 효율 개선 필요성을 들었다.

적용처로는 우선 3D 낸드의 워드라인을 거론했다. 머크는 "화학적 특성과 공정 관점에서 낸드가 채택을 이끌고 있고 가장 큰 소비처가 될 가능성이 크다"면서도 "장기적으로는 로직, 그다음엔 D램까지 확산될 수 있다"는 취지로 설명했다. 다만 구체적인 채택 시점이나 특정 노드 전망에 대해서는 "말하기 어렵다"며 선을 그었다.

머크가 반복해서 강조한 대목은 몰리브덴은 소재 자체뿐 아니라 '딜리버리(공급) 시스템'까지 한 세트로 봐야 한다는 점이다. 몰리브덴은 상온에서 고체인 금속 원소라서 공정에 쓰려면 가열해 기화·증착하는 과정이 필요하다. 이때 공급 과정에서의 습도(수분) 관리, 가열 균일성, 공급 안정성(유량·업타임)이 품질과 직결된다는 설명이다.

몰리브덴 화합물은 머크의 맞춤형 솔루션인 CHEMKEEPER 딜리버리 시스템과 결합해 제공되며 대량 생산에서 최대 가동시간과 신뢰성을 지원하고 소재 사용 효율 99% 이상을 달성해 총소유비용(TCO) 절감에도 기여한다고 설명했다.

'CHEMKEEPER'로 습도·가열·업타임 관리…"소재 사용효율 99% 이상"

몰리브덴 용기(컨테이너) 안의 습도를 최대한 제거하고 컨테이너 내 고밀도 충전을 통해 교체 주기를 늘리는 방향으로 솔루션을 설계했다고 밝혔다. 교체가 잦을수록 공정 변동성이 커질 수 있어 "용기 교체 간격을 늘리는 게 공정 완성도를 높이는 길"이라는 논리다.

생산·공급망 방법론으로 지역 밀착형 대응을 강조했다. 머크는 한국에서 고객을 위한 장비·딜리버리를 지원할 수 있고 필요하면 아시아 전반과 미국(펜실베이니아 거점 언급) 등으로도 역량을 확장해 사업 연속성과 공급 신뢰를 높이는 방향을 설명했다. 몰리브덴 화합물 제조 시설은 음성 공장에서 현지화 중이며 CHEMKEEPER 딜리버리 시스템 제품은 안산 공장에서 생산 중이다.

몰리브덴이 일부 국가 의존도가 높은 광물인 만큼 머크는 공급망 리스크를 줄이기 위한 다변화 전략을 강화하고 있다고 답변했다. "지정학 리스크가 커진 만큼 신뢰 가능한 공급을 위해 공급국 다변화와 다중 공급자 평가를 진행하고 있다"고 설명했다.

친환경 특수가스 전환과 관련해선 고객사들의 저지구온난화지수(low GWP) 가스 도입 요구가 커지는 흐름을 전제로 "수십 년 써온 가스를 바꾸는 과정에서 초기 비용이 올라갈 수 있다"고 말했다. 다만 전환이 성능 저하로 이어지지 않도록 기존 공정 성능 수준을 유지하면서 운영 효율 개선과 제조비 절감으로 고객이 체감하는 비용 부담을 낮추는 방향으로 대응하겠다고 밝혔다.