1) Deck 수 증가에 따른 장비 수요 확대: Double stacking은 기존의 Single stacking 대비 HARC etching의 횟수가 2배로 늘어나고, Etching을 위한 Hardmask를 한번씩 더 사용해야 한다. 테스(Hardmask 용 ACL PE-CVD), 피에스케이(Hardmask Strip) 등 국산 장비업체들의 수혜가 예상된다. 또한, Focus ring의 Plasma 노출 횟수도 Stacking 횟수에 비례해 증가하게 될 것이다. 티씨케이(SiC Focus Ring), 하나머티리얼즈(Si/SiC Focus Ring) 등 Parts 업체도 성장의 계기가 될 것으로 전망한다.

2) Oxide-Nitride 단수 증가에 따른 장비/소재의 자연 증가: 국내에서 Oxide-Nitride Stacking Deposition용 PE-CVD를 국산화 한 업체는 원익IPS, 유진테크가 있다. 또한, 공정에 사용되는 박막 소재들의 수요도 비례해 증가할 전망이다. O-N Stacking 용으로 많이 사용되는 소재는 HCDS + NH3(→Nitride)/N2O(→Oxide) 조합인 것으로 추정된다. 국내 HCDS 제조사는 덕산테코피아, 디엔에프, 오션브릿지, 한솔케미칼 등이 있다.

3) Layer vertical pitch의 30nm대 진입으로 인한 ALD 적용 증가: 현재 100단대의 NAND가 24년부터는 300단대에 진입할 것으로 전망된다. 단수가 증가하는 가운데 칩 두께를 유지하기 위해서는 Vertical pitch는 24년 30nm대로 진입할 것으로 전망된다. Charge Trap Layer와 Gate oxide를 Deposition 하고, Gap Fill까지 하기 위해서는 ALD의 적용이 필수다.

4) Word Line 저항 급증에 따른 배선 물질 변경: NAND가 200단 후반으로 진입하게 되면서 Cell당 Vertical pitch가 30nm대에 진입할 것으로 전망된다. 24년부터는 기존의 Word Line 배선 W(텅스텐)의 저항이 급격하게 올라가기 때문에 저항이 낮은 물질로 변경될 가능성이 높다. 현재로서 유력한 물질은 Mo(몰리브덴)이다. Zr(지르코늄) 전구체를 양산하고 있는 메카로, 아이켐스(비상장) 등이 Mo 전구체에 대한 연구 개발중인 것으로 알려진 바 있다.

5) Wafer bonding 적용 가능성: Packaging 에서 뿐만 아니라, 메모리에서 점차 Bonding 기술의 중요도가 높아지고 있다. 글로벌 Big 3 장비업체들이 Plasma Dicing 과 CMP 에서는 강점이 있을 수 있으나, Bonding 공정 측면에서는 글로벌 Top tier 수준의 Bonding 기술을 보유한 업체는 한미반도체다. 비록 최근 주춤 했으나, SK 하이닉스와의 HBM TC-Bonder 를 양산한 경험도 있다

1) 3D DRAM: 3D DRAM의 경우 적층의 방식이 Si/SiGe Epitaxy 등을 이용한 단결정 적층 방식이 될 가능성이 높다. Si/SiGe Selective Etching은 HF/H2O2/CH3COOH를 이용한 Wet Etching 방식이 유력하다. HF와 H2O2는 솔브레인과 한솔케미칼의 주력 사업분야다. 3D DRAM의 횡방향 Capacitor 표면의 유전체 증착을 위한 ALD 수요 또한 증가할 것이다. 원익IPS, 유진테크, 주성엔지니어링 등 ALD 제조사에 관심이 필요하다.

2) Capacitor 차세대 유전 및 전극물질: 향후 5년간은 현재 DRAM의 Capacitor의 구조를 유지한 채 정전용량(Capacitance)를 극한으로 높일 가능성이 높다. 현재의 DRAM Capacitor는 ZAZ 유전막에 TiN 전극을 사용하고 있는데, 이후 유전막은 TiO2 등으로 변경되며 동시에 전극도 Ru(Ruthenium)으로 변경하기 위한 연구개발이 지속되고 있다. 전극 물질 증착과 관련해 ALD의 추가 적용 확대도 기대된다. DRAM Capacitor 소재의 측면에서는, 현재 Zr 프리커서를 양산 공급 하고 있는 업체들과, 향후 적용될 유전막인 TiO2 형성을 위한 Ti 프리커서 생산업체, 차세대 전극 물질인 Ru 프리커서 제품 라인업을 보유하고 있는 회사에 대한 관심이 필요하다.

3) Peri영역의 High-K Metal gate 적용: DRAM의 경우에는 Capacitor가 전체 작동속도의 병목으로 작용하기 때문에 Peri 영역에서의 속도 개선이 크게 중요하지 않았다. 그러나, 점차 소자의 크기가 작아지면서 Peri 트랜지스터에 High-K Metal Gate의 적용이 시작되었다. Metal Gate 부터는 High-K 물질에 대한 ALD 증착이 필요하다. HKMG에 사용되는 Gate Oxide는 주로 HfO2(하프늄 옥사이드)을 사용하기에 Hf 프리커서와 ALD 장비가 필요하다.

4) EUV 서플라이체인: 삼성전자 1Znm를 시작으로 DRAM에의 본격적인 EUV 적용이 시작되었다. EUV 도입의 의미는 장비 확보 그 자체에 그치지 않는다. Stepper 뿐만 아니라 Photoresist, Photomask, Pellicle, Inspection 등 기존 시스템과 다른 전반적인 생태계를 조성해야 하는 분야다. 관련 서플라이체인의 수혜가 예상된다.

50년의 반도체 역사상 두번째로 진행되는 MOSFET의 구조 변화가 임박했다. 주도하는 주체는 삼성전자와 TSMC이고, 가장 먼저 양산할 것으로 예상되는 업체는 삼성전자다. 변화의 시기에 투자기회를 찾기 위해 그간 MOSFET 개선의 변천사와 그에 뒤따랐던 밸류체인의 변화를 살펴볼 필요가 있다. 결론적으로는, GAA 공정 본격화에 따라 1) Epitaxy 및 2) ALD 수요의 증가와 3)Seleective Etching에 따른 Etchant 수요 증가, 4) EUV 본격화에 따른 관련 서플라이 체인 수요가 기대 된다.

PE-CVD 중에서 고종횡비에 적용하기 위해 고도의 ICP 플라즈마 컨트롤이 필요한 HDPCVD 이외의 영역에서 국산화가 활발하게 일어나기 시작했다. 플라즈마의 미세한 컨트롤 보다는 빠르고 품질 좋은 박막성장의 측면이 상대적으로 중요한 3D NAND의 ONO Stack이라든지, ACL(Amorphous Carbon Layer) Hardmask 등의 영역에서 국산화가 유의미하게 진행되고 있다.원익IPS와 테스가 대표적인 업체다.

이제 또 한번의 변화가 온다. 10년만의 트랜지스터 구조 변화가 일어나고 있으며, 메모리의 Capacitor 성공 여부는 차세대 Precursor의 개발과 ALD를 통한 박막형성에 달려있다. 17년 당시 PE-CVD가 새로운 아키텍쳐의 실현과 장비시장의 부흥을 이끌었던 것과 유사한 시장이 열리고 있는 것이다.

비록 PE-ALD가 대세가 되어 있으나, ALD에서의 플라즈마의 역할은 Dry Etcher와 PE-CVD에서의 역할과는 다르다. 플라즈마에만 기술 성패의 여부가 있지 않다. ALD는 LP-CVD와 같은 Thermal과 유체에 대한 컨트롤의 중요성이 상대적으로 높다. LP-CVD 시절 당시 시장을 제패했던 TEL은 여전히 Batch형 ALD에서 100%의 점유율을 점유하고 있으며, ASMI도 LP-CVD에서의 유의미한 점유율을 지금의 ALD에서의 높은 점유율로 이어왔다. 또한, ALD에서는 Precursor를 생산하고 적용하는 소재기술의 기여도가 높다. 상대적으로 소재 분야에서 강한 우리나라에서 소자(IDM/Foundry)업체들의 국산화 의지가 있다면, ALD 분야에서의 유의미한 점유율을 확보할 수 있을 것이다.

중장기적으로는 Dry Etching의 Physical Etching 섹션에서 잠시 다루었듯이, 차세대 장비로 관심받고 있는 ALE(Atomic Layer Etching)와 Selective ALE 기술의 근간은 결국 Etching Layer를 형성하는 ALD 기술이다. 생산성이 가장 중요한 요인인 반도체 공정에서 PE-CVD의 위상이 격하될 가능성은 낮지만, ALD의 중장기적 중요도는 더욱 커질 것으로 전망한다. 국내의 대표적인 ALD 제조사는 주성엔지니어링, 유진테크, 원익IPS다. 유진테크와 원익IPS는 고객군에 강점이 있고, 주성엔지니어링은 Pure ALD Player에 가깝다.

과산화수소 원가에 가장 큰 영향을 미치는 유가와 천연가스 가격이 급등함에 따라 수익성이 악화될 것으로 예상된다. 또한, NB라텍스 역시 높은 유통재고로 인해 전방 수요가 낮아졌다. 반면반면, QD 소재, 프리커서, 2차전지 소재 등 전자재료 매출이 꾸준히 증가해 1분기 실적은 전년대비 소폭 좋을 것으로 기대한다.

메모리에서도 후공정 기술 요구 확대 전망 

그리고 4차 산업혁명을 향한 AI 요구로 메모리 반도체 업체들이 적극적으로 대응하고 있는 것 중 하나가 HBM(High Band-Width Memory)이다. HBM은 말그대로 데이터 용량을 크게 늘리면서, 대역폭을 증가시키는 것이다. 데이터를 주고 받는 입출력(I/O)을 크게 늘리는 방법으로 가능하며, TSV(Through Silicon Via) 기술을 활용해 깊은 구멍을 뚫어 전기적으로 연결한다.

HBM을 완성하기 위해서는 반드시 TSV, Si 인터포저 등 후공정 기술이 확보되어야 한다. 현재 HBM 가격은 일반 메모리보다 수 배 비싸게 형성되어 있다. HBM이 이상적이라는 평가를 받으면서도, 채용 속도가 느린 이유는 후공정 수율 때문이다. DRAM 적층 및 Si 인터포저 구현에 TSV를 적용해야 하는데, 후공정 수율이 여전히 낮은 상태다

HBM은 데이터 트래픽 급증을 요구하는 전방 서버 업체들에게 DRAM 업체들이 대응할 수 있는 이상적인 성능을 보유하고 있다. 향후 DRAM 업체들은 HBM 확대에 적극적일 것이며, HBM의 기술 목표는 성능을 향상시키면서도 후공정 관련 수율을 높이는 것이다. 

TSV, 인터포저 등 후공정 기술은 DRAM 업체들에게 기술 개발에 후순위였던것이 사실이다. 비메모리 업체들 대비 메모리 업체들의 후공정 기술 개발은 상대적으로 적극적이지 않았다. 그러나 향후 메모리 산업에서 후공정 기술의 중요도가 높아질 전망이다. 메모리 뿐만 아니라 비메모리 기술도 주도하고 있는 삼성전자는 비메모리에서 습득하고 또는 준비 중인 후공정 기술을 시장 요구에 맞게 메모리에도 적용 가능할 것으로 보인다.

가 높아질 전망이다. 메모리 뿐만 아니라 비메모리 기술도 주도하고 있는 삼성전자는 비메모리에서 습득하고 또는 준비 중인 후공정 기술을 시장 요구에 맞게 메모리에도 적용 가능할 것으로 보인다.