(1) 배터리 모듈

:: 배터리 모듈은 배터리 셀을 표준화된 개수로 프레임에 적재하여, 외부 충격으로부터 보호하는 역할을 한다.

:: 배터리 셀의 효율적인 냉각을 위한 구조와 배터리 셀 각각의 전류/전압/온도를 센싱 할 수 있는 유닛을 포함한다

:: 현대차 아이오닉 5와 기아 EV6의 경우 16개 셀이 하나의 모듈을 구성하고, 10개의 모듈이 하나의 팩을 구성한다.

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:: 2021년 6월에 배터리 모듈의 아웃소싱 업체가 발표되었다. 언론에 의하면 한국에서 1차로 선정 업체는 세방전지이다. 한편, 세방전지의 주력 납품 완성차 업체는 현대차그룹이 아닌 볼보인 것으로 파악된다.

:: 2차 선정 업체는 덕양 산업 컨소시엄이다. 수주의 주체는 덕양산업(지분율 80%)과 서연이화(지분율 10%), 세종공업(지분율10%)이 JV로 설립한 ‘DSS ENERGYCELL’이다.

:: 덕양산업은 2021년 5월 미국 조지아주에 배터리 모듈 공장 건설을 위해 1천만 달러 투자를 공시하였다. 이에 따라 현대차 미국 전기차 공장에도 덕양산업이 배터리 모듈을 납품할 가능성이 높다.

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:: 한편, 배터리 모듈의 경우 단가는 크겠지만, 부가가치가 높지 않아 수익성은 낮을 것으로 추정된다. 또한 완성차 업체가 배터리 시스템에 대해 Cell to Pack, Cell to Body 구조를 통해 원가 혁신을 추진 있어, 배터리 모듈의 중요성과 역할은 중장기적으로 축소될 가능성이 있다.

(2) 배터리 케이스

:: 배터리 케이스는 배터리 모듈을 적재하는 케이스로, 소재는 알루미늄과 복합 소재가 사용된다.

:: 바디 업체인 성우하이텍과 섀시 업체인 화신, 동희가 배터리 케이를 신규 사업으로 추진하고 있다. 한국 시장에서 아이오닉 5와 6는 동희가, 기아 EV6의 경우 성우하이텍이 배터리 케이스를 수주하였다.

:: 성우하이텍은 2021년 3월 현대모비스의 전동화 부품 공장이 위치한 충주에 720억원을 투자하여, 배터리 케이스 공장을 신설하였다.

:: 화신은 미국에 현대차 알라바마 공장 건설 시기에 동반 진출하였고, 동희와 성우하이텍은 기아 멕시코 공장에 동반진출해 있다

:: 성우하이텍은 1Q22부터 멕시코 공장에서 GM 전기차에 배터리 케이스를 납품하고 있어, 다른 업체 대비 납품 경험이 있다는 장점이 있다.

(3) BMS

:: BMS는 배터리 셀과 시스템의 품질, 열 전도, 과부하 상태 등을 센서를 통해 감지하는 시스템이다.

:: 향후 한국과 유럽 시장에서 BMS는 현대모비스와 에스엘이 양분하여 수주할 것으로 예상

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(4) 배터리팩

:: 배터리 모듈에 BMS, 냉각 팬을 포함한 온도 조절 장치, 인버터, 컨버터 등 전원 차단 및 관리 장치, 보호 시스템을 장착하여 완성된다.

:: 현대모비스는 이를 BSA(Battery System Assembly)라고 명칭한다. BSA와 구동 모터는 최소 2025년까지는 현대모비스의 독점 공급 지위가 유지될 전망이다.

:: 현대모비스는 CATL과 함께 Cell to Pack에 대한 기술 개발을 진행하고 있어, 배터리 전체 시스템에서 대한 영향력은 향후에도 유지될 전망이다. :: 배터리 시스템의 구조 변화(Cell to Pack/ Cell to Body)로 인해 중·장기적으로는 BMS와 BSA를 담당하는 부품사가 부가가치를 높게 유지할 것으로 예상한다

국내의 대표적인 Wet Etchant 제조사는 솔브레인이다. HF, BOE 뿐만 아니라 HSN H3PO4를 생산하고 있다. 삼성전자의 GAA용 Si/SiGe Selective Etchant 또한 솔브레인이 공급할 가능성이 높다. 이엔에프테크놀로지의 경우에도 솔브레인과 유사한 Etchant 포트폴리오를 공급하고 있으나, H3PO4에서 일부 제품의 차이가 있다. 불소화합물 전문 회사인 후성도 반도체용 HF를 생산하고 있으며, SK머티리얼즈도 신사업의 일환으로 Wet Etchant에 대한 진출을 시도중이다.

사용량 면에서 HF보다 많은 H2O2의 경우 국내에서는 한솔케미칼이 대표적인 제조사이다. 특히, 새로 채용될 것으로 예상되는 GAA향 Etchant에 H2O2의 사용량이 매우 많으며, Nano Sheet가 얇아질수록 H2O2의 비중은 더욱 커질 것으로 예상된다. 단, Wet Etchant의 경우 소자 업자가 직접 레시피를 배합하는 것은 아니기에, 솔브레인 등 HF 제조사를 통해 공급될 가능성이 높다고 판단한다

대표적인 Etching Gas 제조사 및 판매사는 Kanto Denka, Showa Denko, ADEKA 등 일본계 업체들과 Merck 등 글로벌 업체들의 경우 대부분의 Etching Gas 라인업을 갖추고 있다. 국내의 경우에는 사용빈도가 높은 CF계 소재를 국산화 해 생산하는 경우가 많으며, 특히 염소(Cl2)계 Gas의 경우 유독성의 이유로 국내 업체들이 생산하는 경우는 드물다.

SK(SK쇼와덴코)와 후성은 CF계 Gas를 생산하고, 원익머트리얼즈는 SiF6와 SiCl4, 오션브릿지는CF4, HBr을 각각 생산 및 유통한다. NF3의 경우 식각 능력이 있으나, 식각의 용도보다는 Chamber 세정용으로 사용되는 경우가 많고 SK머티리얼즈가 글로벌 생산능력 1위로 생산하고 있다.

비록 매출 비중이 작음에도 불구하고 업체의 소재별 판매 라인업을 파악하고 있어야 하는 이유는,특수가스의 경우 언제 어떻게 공급망의 변화가 생길 지 예측하기 어렵기 때문이다. 반도체 생산을 멈출 수 없기에 즉각적인 이원화 또는 반사수혜가 가능한 영역이고, 이를 위해서는 사전에 소량이라도 Qualification을 득한 업체에 기회가 돌아가기 때문이다. 한일 소재 사태 때의 HF, PR 이슈와, 금번 러시아-우크라이나 사태의 여파로 원익머트리얼즈의 Xe 가스가 주목을 받은 사례가 대표적이다.

습식 식각의 특징은, 

1) 등방성(Isotropic): Etchant내 분자의 움직임의 방향성이 특정되지 않기 때문에 식각 대상이 노출된 모든 방향으로 식각이 진행된다. 등방성 식각이 필요한 경우도 있지만, 미세패턴 구현에 불리한 측면도 있다. 

2) 높은 선택성(Selectivity): Etchant의 화학반응에만 의존해 반응하기 때문에 대상 물질의 조성에 따라서 식각 되는 정도를 조절 가능 하다. 

3) 신속성: 액체상태의 반응이기 때문에 반응물의 밀도가 낮은 기체 반응인 건식 식각 대비 속도(Etch rate)가 빠르다. 

4) 경제성: Etchant에 대한 의존도가 높기 때문에 장비에 대한 의존도가 상대적으로 낮고 다수의 기판을 한꺼번에 처리하기 용이하기 때문에 비용 측면에서 유리한 면이 있다.

건식 식각의 특징은, 

1) 비등방성(Anisotropic): 전기장을 통해 식각 가스의 움직임을 제어할 수 있기 때문에 일부 등방성 식각은 물론, 비등방성 식각을 할 수 있다. 극성이 없는 라디칼(Radical) 반응의 경우 등방성, 극성이 있는 이온 반응의 경우 비등방성 식각이 가능하다. 

2) 낮은 선택성: 주로 직진성이 강한 식각이기 때문에 선택성이 낮은 측면이 있다. 단, 라디칼을 이용하면 건식 식각에서도 선택성 식각이 가능하다. 

3) 늦은 처리속도(Through put): 기체상태의 반응이기 때문에 반응물과의 접점이 적어 반응 속도가 느리다. 

4) 정밀성: 기체상태의 반응일 뿐만 아니라, 식각가스의 움직임을 제어할 수 있어 미세한 패턴의 구현이 가능하다. 5) 낮은 경제성: 반응물 보다는 고가의 플라즈마 장비를 이용한 반응이 많고, Through put이 낮기 때문에 비용이 많이 든다.

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.