웨이퍼 제조, 박막 증착, 고온 결정 성장, 장비 부품, 첨단 패키징을 아우르는 전체 반도체 가치 사슬은 텅스텐과 몰리브덴이라는 두 가지 초고순도 내열 금속에 극도로 의존하고 있다. 이 두 금속은 높은 융점(텅스텐 3422°C, 몰리브덴 2622°C)과 더불어 불순물 방출량이 낮고, 열팽창 계수가 작으며, 저저항성과 진공 환경에서의 저증기압 특성을 갖추고 있어, 핵심 제품을 다섯 가지 범주로 분류할 수 있다. 다음 내용은 글로벌 주요 웨이퍼 제조사 및 대형 저장 기업의 실제 생산 사례를 바탕으로 각 범주별 제품의 산업 응용 및 실적 구현 결과를 상세히 분석한다.
1. 초고순도 텅스텐/몰리브덴 스퍼터링 타겟
제품 설명: 핵심 제품은 5N/6N 초고순도 몰리브덴 타겟, 텅스텐 타겟, 텅스텐-티타늄 복합 타겟, 몰리브덴 합금 타겟(크기: 8인치/12인치)으로, 주로 실리콘 웨이퍼 상에 금속 박막을 증착하기 위한 PVD(물리 기상 증착) 공정에 사용됩니다. 기존의 28nm 이상 공정 기술에서는 텅스텐 타겟이 접점 홀 및 게이트 배리어 층의 충전에 주로 사용되었으나, 3nm/7nm 고급 로직 공정 및 300층 이상의 3D NAND 공정에서는 몰리브덴 타겟이 텅스텐 타겟을 대체하는 속도를 높이고 있습니다. 동일한 라인 폭에서 몰리브덴의 비저항은 텅스텐보다 40% 낮으며, 고종횡비 적층 시 TiN 배리어 층을 사용할 필요가 없어 저장 밀도를 크게 향상시킵니다.
산업 적용 사례:
SK 하이닉스 375층 3D 낸드 생산 라인 업그레이드: 스택 층 수가 300층을 초과함에 따라 기존의 286층 텅스텐 워드라인이 저항 급증, 읽기/쓰기 지연 시간 과다, 차단층의 수직 공간 점유 등 문제를 겪게 되었다. 이에 SK 하이닉스는 6N 초고순도 몰리브덴 타겟 소재를 전면 도입하고 전용 ALD(원자층 증착)로를 설치하여 TiN 차단층을 완전히 제거하였다. 한 번의 배치로 300mm 웨이퍼 100장을 처리할 수 있다. 업그레이드 후 칩 단위 면적이 18% 감소하였고, 비트 밀도는 16.3% 향상되었다. 접촉 저항은 56% 감소하였으며, 읽기/쓰기 속도는 22% 향상되었다. 증착 공정을 15% 줄임으로써 공장당 월간 비용 절감액이 1,000만 위안을 넘을 것으로 예상된다. 2026년 말까지 청주 공장에서 양산을 전면 확대할 계획이며, 월간 몰리브덴 타겟 조달량은 2톤을 상회할 전망이다.
창안 스토리지 Xtacking 3.0 국산 대체: 창안 스토리지의 232층 3D 낸드 생산 라인은 기존에 일본 니신 메탈(Nishin Metal)사의 몰리브덴 타겟에 크게 의존해 왔다. 진모주식(진 모 쉐어스)은 롱화 테크놀로지(Longhua Technology)와 공동으로 5N5 초고순도 몰리브덴 타겟 소재의 국산 인증을 성공적으로 완료하였으며, 12인치 타겟 소재를 공급하였다. 실제 측정 결과, 국산 타겟 소재의 불순물 함량은 0.1ppm 이하로 나타났고, 박막 균일성은 수입 제품과 동일하였으며, 단일 장비 소모품 비용이 32% 감소하였다. 2025년 양사는 3년 장기 계약을 체결하여 연간 수입 소모품 지출을 1억 2천만 위안 이상 절감함으로써 저장장치 핵심 코팅 소재의 자립화를 달성하였다.
2. CVD 전처리 가스
제품 설명: 핵심 제품은 고순도 몰리브덴 기반 전처리 가스로, 주로 CVD(화학 기상 증착) 공정에 사용됩니다. PVD 스퍼터링 타겟과 비교할 때, 이 전처리 가스는 초고종횡비(예: 375층 이상)를 갖는 3D NAND 워드 라인 증착 시 더욱 우수한 스텝 커버리지와 보다 균일한 필름 충진을 달성할 수 있어, 초고층 NAND 플래시 메모리 구현을 지원하는 핵심 소모재입니다.
산업 적용 사례:
글로벌 저장 장치 기업의 375층 생산 라인 공정 업그레이드: 초고층 3D NAND에서 트렌치 에칭 및 박막 증착 난이도가 급격히 증가함에 따라, 삼성전자와 SK하이닉스 등 주요 저장 장치 기업은 375층 NAND 생산 라인 업그레이드에 고온 몰리브덴 전처리 가스 공급 시스템을 완비하였다. 전구체 가스에 대한 불순물 제어 및 고온 기화 배합에 대한 요구 수준이 극도로 높은 상황에서, 야코 테크놀로지(Yaco Technology) 등 선도적인 공급업체는 6N 등급 몰리브덴 전구체 기술을 삼성전자와 SK하이닉스에 성공적으로 공급하여 차세대 NAND 몰리브덴 워드라인 CVD 증착 공정에 완벽하게 대응하였다. 고급 NAND 생산 능력 확대와 함께 장기 수요가 급증하고 있다.
고온 몰리브덴-텅스텐 구조 부품(결정 성장 및 고온 열처리 산업)
제품 설명: 핵심 제품으로는 몰리브덴 크루시블, 몰리브덴 소재 카트, 몰리브덴 열 차폐판, TZM 몰리브덴 지지 부품, 몰리브덴 히팅 벨트, 텅스텐 히터 요소 등이 있으며, 1000–1800°C에서의 진공/수소 어닐링, 청색 사파이어 결정 성장, 실리콘 카바이드 에피택셜로 등 극한 조건 하에서 사용할 수 있습니다. 스테인리스강 및 니켈계 합금은 1000°C 이상에서 크리프 변형과 산화 균열이 발생하기 쉬운 반면, 몰리브덴/텅스텐은 비활성 분위기에서 산화되지 않으며 불순물을 방출하지 않으며, TZM 몰리브덴의 크리프 저항성은 순몰리브덴의 2배에 달해 웨이퍼의 금속 오염을 효과적으로 방지합니다.
산업 적용 사례:
산안 광전자(Sanan Optoelectronics)의 미니 LED 청색 사파이어 성장로 업그레이드: 산안 광전자는 기존에 수입된 몰리브덴 크루시블을 청색 사파이어 성장에 사용했으나, 이 크루시블의 수명은 단지 90일에 불과했다. 빈번한 로 가동 중단으로 인해 생산 능력이 심각하게 제약되었다. 고순도 Mo-1 몰리브덴 정련괴로 제작한 얇은 벽면의 몰리브덴 크루시블을 사용하고 내벽을 거울처럼 연마함으로써, 단일 크루시블의 연속 사용 수명을 280일로 연장(3배 향상)하였으며, 성장 수율은 82%에서 91%로 증가하였다. 또한, 로 1대당 연간 기판 생산량이 12만 개 증가하였다. 전국적으로 200대의 성장로에 국산 크루시블로 완전히 교체한 후, 연간 설비 및 소재 비용 절감액이 6,000만 위안을 초과하였다.
IV. 텅스텐-구리/몰리브덴-구리 복합 히트싱크(고급 패키징 및 전력 소자 산업)
제품 설명: 핵심 제품은 WCu70/80 텅스텐-구리, MoCu 몰리브덴-구리 방열기 기판 및 텅스텐-구리 기판으로, 주로 GPU, HBM(고대역폭 메모리), IGBT 및 전력 반도체의 패키징에 사용됩니다. 공정 적합성은 다음과 같습니다: 텅스텐과 몰리브덴의 낮은 열팽창 계수가 실리콘 및 갈륨 나이트라이드 칩과 완벽하게 일치하며, 구리의 높은 열전도율이 열을 신속하게 전달합니다. 이 복합 재료는 AI 대규모 연산 칩이 고온 환경에서 발생하는 클록 저하 및 열적 고장 문제를 효과적으로 해결하여 순수 구리 및 알루미늄 기판의 이상적인 대체재가 되었습니다.
산업 적용 사례:
AI 대형 컴퓨팅 파워 칩을 위한 열 관리 시스템 업그레이드: GPU 및 HBM 칩에서 AI 대형 모델의 연산 능력 요구가 급증함에 따라 열 유속 밀도가 한계에 도달했습니다. 기존의 순동 기판은 실리콘 칩과 열팽창 계수가 불일치하여 장기간 고온 주기 작동 조건에서 용접 피로 결함이 발생하기 쉽습니다. 몰리브덴-구리(MoCu) 복합 열 싱크 기판을 사용하면 실리콘 칩과의 열팽창 계수를 완벽하게 일치시킬 뿐만 아니라 열 저항을 크게 낮추어, 고주파 동작 조건에서 AI 칩의 열적 결함 문제를 완전히 해결함으로써 컴퓨팅 인프라의 장기적인 안정적 운영을 보장합니다.
V. 정밀 텅스텐-몰리브덴 합금 부품(반도체 장비 부품 산업)
제품 설명: 핵심 제품은 이온 주입 장비, MOCVD 히터, 전자 패키징용 방열재 등 반도체 장비용 정밀 텅스텐-몰리브덴 부품입니다. 이러한 부품은 극도로 높은 진공 및 부식성 환경에서도 매우 높은 치수 정확도와 물리적 안정성을 유지해야 하며, 반도체 장비의 정밀 공정을 실현하는 데 있어 ‘보이지 않는 기반’ 역할을 합니다.
산업 적용 사례:
반도체 이온 주입 장비 핵심 부품의 국산화: 3.5세대 반도체 이온 주입 장비용 고급 텅스텐-몰리브덴 부품에 대한 장기적인 수입 의존 문제를 해결하기 위해, 성요신재(성요신재) 등 국내 기업이 순도 99.99% 이상의 정밀 텅스텐-몰리브덴 부품을 성공적으로 개발·생산하였다. 이러한 부품은 장기간 고진공 이온 충격 하에서도 극도로 긴 수명과 안정적인 성능을 발휘하며, 국내외 고객의 공급망에 성공적으로 진입하여 해외 기업의 독점을 타파하고 반도체 장비 핵심 부품의 국산 대체를 달성하였다.
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