머크, 반도체 신소재 '몰리브덴' 국내 양산…삼성·SK하닉 연내 공급

(서울=뉴스1) 최동현 기자

"몰리브덴은 텅스텐과 구리를 대체할 우수한 소재입니다. 낸드뿐 아니라 로직 칩과 D램까지 확산할 겁니다."

독일 과학기술기업 머크(Merck)가 차세대 반도체 금속 배선 소재로 꼽히는 '몰리브덴'(Molybdenum)의 국내 양산을 연내 시작한다. 삼성전자와 SK하이닉스 등 핵심 고객사에 몰리브덴 전구체부터 챔키퍼(Chem Keeper·공급장치)까지 통합 설루션을 제공해 시장 선점을 꾀한다는 구상이다.

김우규 한국머크 대표이사와 캐서린 데이 카스 머크 일렉트로닉스 수석부사장은 '세미콘 코리아 2026'을 하루 앞둔 10일 서울 강남구 코엑스 인근에서 가진 기자간담회에서 "충북 음성에 몰리브덴 생산 공장을 연내 완공하고 한국 내 고객사에 납품할 준비를 하고 있다"고 밝혔다.

반도체 금속 배선은 칩(Chip)의 트랜지스터와 트랜지스터를 잇는 미세한 회로(전기 통로)다. 기존에는 텅스텐이나 구리 소재가 쓰였지만, 반도체 공정이 2나노(㎚), 1.4나노 수준으로 초미세화되면서 금속 배선 소재도 한계에 봉착했다. 기존 텅스텐과 구리로는 극도로 좁아진 회선에서 전자 이동이 막히거나 온도가 높아져 효율이 확 떨어진 것이다.

대체제로 떠오른 신소재가 '몰리브덴'(MoO₂CI₂)이다. 카스 부사장은 "몰리브덴은 텅스텐과 구리에 비해 전기 저항이 절반 수준이고 전기 전도성은 훨씬 높아 안정적으로 웨이퍼 증착이 가능하다"며 "(텅스텐과 구리를) 대체할 수 있는 훌륭한 대안"이라고 강조했다.

다만 몰리브덴은 고난도 정밀 공급 기술력이 뒷받침돼야 하는 것은 과제다. 카스 부사장은 "텅스텐과 구리는 상온에서 기체 상태를 유지해 딜리버리(정밀 공급)가 용이하지만, 몰리브덴은 실온에선 고체 상태여서 175도로 가열해야 한다"라며 "(몰리브덴 전구체가) 웨이퍼에 증착되기까지 온도를 유지해야 품질과 신뢰성을 확보할 수 있다"고 했다.

반도체 공정에서는 구리를 포함한 화합물을 전구체로 사용한다. 구리 자체는 상온에서 고체 형태지만 구리 전구체 화합물은 기체처럼 사용할 수 있다.

머크가 경쟁사와의 차별점으로 '몰리브덴 통합 설루션'을 내세우는 이유도 여기에 있다. 머크는 박막, 포뮬레이션(패터닝), 특수가스, 딜리버리, 옵트로닉스 등 반도체 전 공정을 아우르는 '머티리얼즈 인텔리전스 설루션'을 제공한다. 몰리브덴 전구체 제조뿐 아니라, 해당 소재가 웨이퍼에 증착되는 순간까지 동일한 고품질을 유지하는 풀 패키지 설루션을 구현했다는 설명이다.

카스 수석부사장은 "예측 가능한 상태로 몰리브덴 전구체 흐름을 유지하는 것이 반도체 생산에서 매우 중요한 포인트"라며 "머크의 캠키퍼는 (몰리브덴 전구체를) 고밀도로 충전하고, 이를 99.5% 소진할 수 있도록 설계돼 총소유비용(TCO)을 절감할 수 있다"고 강조했다. 특히 "습도를 제거하고 실린더를 고르게 가열해 적절한 압력과 온도를 유지하며 (전구체를) 주입할 수 있는 것도 특징"이라고 부연했다.

머크는 지난 2021년 발표한 한국 투자 비용 6억 유로(약 1조 원) 중 일부를 재원으로 음성군에 몰리브덴 생산공장을 짓고 있다. 연내 완공해 국내 고객사에 출하하는 것이 목표다. 머크는 구체적인 납품처를 밝히진 않았지만 삼성전자와 SK하이닉스의 주요 협력사다. 머크의 몰리브덴 생산공장은 미국 펜실베이니아를 비롯해 전 세계 5곳에 지어지는데, 음성공장은 아시아 공급 허브 역할을 맡는다.

몰리브덴 전구체 용처는 현재 낸드플래시에 한정돼 있지만, 향후 로직 칩과 D램까지 확산할 것이란 게 머크의 분석이다. 김우규 대표는 "몰리브덴 전구체는 낸드에서 볼륨이 가장 크지만 로직도 가능성이 있고, 그다음은 D램이 될 것"이라며 "음성공장 생산분은 한국 고객사 사용량이 제일 크지만, 아시아의 다른 국가들도 공급하는 것을 목표로 증설 플랜을 세울 것"이라고 했다.

머크는 이날부터 13일까지 서울 강남구 코엑스에서 열리는 '세미콘 2026'에 부스를 차리고 몰리브덴 통합 설루션을 고객사에 제안한다. 김 대표는 "머크는 한국 반도체 산업에서 가장 현지화된 글로벌 소재 파트너"라며 "머크의 한국 시설은 인공지능(AI) 시대 글로벌 허브로 자리매김하고 있다"고 했다.

dongchoi89@news1.kr