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AMAT, 2나노 한계 넘는 '몰리브덴 ALD' 공개…"AI칩 저항 15% 줄여"

글로벌 반도체 장비 기업 어플라이드 머티어리얼즈가 2nm(나노미터, 10억분의 1m) 이하 공정 및 옹스트롬(Angstrom) 노드 시대의 핵심 난제인 '전기 저항'을 해결할 '몰리브덴 ALD' 기술을 전면에 내세웠다. 어플라이드 머티어리얼즈는 12일 서울 조선 팰리스 호텔에서 기자 간담회를 열고, 차세대 GAA(게이트올어라운드) 트랜지스터 및 배선 구조의 에너지 효율을 극대화하는 신규 시스템들을 대거 공개했다. "텅스텐은 이제 한계"…몰리브덴으로 저항 15% 이상 낮춰 이날 발표의 핵심은 트랜지스터와 구리 배선을 연결하는 미세 금속 콘택트의 재료를 기존 텅스텐에서 몰리브덴으로 전환하는 '센트리스 스펙트럴 몰리브덴 ALD' 시스템이었다. 반도체 공정이 2나노 이하로 미세화되면서, 칩 내부의 수 많은 트랜지스터와 이를 잇는 배선 사이의 콘택트 부위는 점점 얇아지고 있다. 이 과정에서 기존에 사용되던 텅스텐 재료는 나노 크기에서 전기 저항이 급격히 증가해, 칩 전체의 성능 발휘를 방해하고 전력 소모를 늘리는 고질적인 병목 현상을 일으켜 왔다. 어플라이드가 선보인 몰리브덴 ALD 기술은 이 문제를 정면으로 돌파한다. 몰리브덴은 텅스텐보다 얇은 두께에서도 전자 전도 효율이 뛰어나 저항을 대폭 낮출 수 있는 차세대 소재다. 마이클 추지크 어플라이드 머티어리얼즈 반도체 기술 총괄 부사장은 "센트리스 스펙트럴 시스템은 단결정 몰리브덴을 선택적으로 증착해, 어플라이드의 기존 선택적 텅스텐 기술 대비 핵심 콘택트 저항을 약 15% 개선한다"며 "이는 옹스트롬 노드에서 더 빠르고 효율적인 AI 칩을 구현하는 데 결정적인 역할을 할 것"이라고 강조했다. 14A 로직 공정 이미 도입…메모리 분야로도 확산 몰리브덴은 소재 특성상 고체 전구체를 기화하고 제어하는 공정이 매우 까다롭지만, 어플라이드는 25년 이상 축적된 ALD(원자층 증착) 기술력을 바탕으로 이를 상용화 수준까지 끌어올렸다. 추지크 부사장은 상용화 시점에 대한 질문에 "이미 14A 로직 노드 공정에 도입되어 구현 중"이라고 밝혔다. 14A는 인텔에서 부르는 반도체 공정 명칭으로, 1.4나노 수준의 초미세 공정이다. 이 기술의 파급력은 로직 칩에만 국한되지 않는다. 3D 낸드플래시의 적층 구조가 고도화됨에 따라 발생하는 저항 이슈와 D램의 저전력 게이트 구현 등 메모리 반도체 분야에서도 몰리브덴으로의 재료 전환이 가속화될 전망이다. 옹스트롬 시대를 위한 '트리플 혁신' 이날 어플라이드는 몰리브덴 ALD 외에도 2나노 이하 공정 최적화를 위한 두 가지 핵심 툴을 함께 소개했다. 먼저 '비바(VIVA) 초순수 라디칼 처리 시스템'은 GAA 트랜지스터의 실리콘 나노시트 표면을 원자 수준에서 매끄럽게 다듬어 성능과 수율을 높여준다. 또한 '심3 Z 매그넘(Sym3™ Z Magnum™) 식각 시스템'은 옹스트롬 수준의 정밀도로 3D 트렌치 프로파일을 제어해 로직은 물론 HBM(고대역폭메모리) 생산 공정에도 혁신을 가져올 것으로 평가받는다. 어플라이드 머티어리얼즈 관계자는 "전 세계 데이터 센터의 전력 소모량이 급증하는 상황에서 반도체 업계는 15년 전보다 1만 배 이상의 에너지 효율 개선을 이뤄내야 한다"며 "재료 공학 차원의 이번 혁신 기술들이 AI 시대를 지탱하는 지속 가능한 반도체 생태계의 밑거름이 될 것"이라고 말했다.

2026.02.12 15:04전화평 기자

혈액·침만으로 암진단…저비용·단순공정·재사용·초고감도 센서 개발

간단한 진단으로 암 전이를 잡아내는 고감도 센서가 개발됐다. 기술성숙도(TRL)는 연구실을 벗어나기 직전인 3~4단계 정도다. 혈액이나 침, 오줌 등 액체 생검 만으로 쉽게 검사가 가능한데다, 제작 공정도 쉽고 저렴해 상용화 가능성에 기대를 모았다. UNIST(울산과학기술원)는 김명수 전기전자공학과 교수 연구팀이 KAIST 신우정 교수팀, 연세대학교 강주훈 교수팀과 공동으로 이황화몰리브덴과 고주파(RF)를 이용해 재사용 가능한 고감도 액체 생검 센서를 개발했다고 12일 밝혔다. 김명수 교수는 전화 통화에서 "이 센서 특징은 간단한 제작 공정, 저비용, 재사용, 초고성능 등 4가지"라며 "다만, 상용화까지는 안전성 등에 관한 필드 테스트 등 많은 절차를 거쳐야 한다"고 말했다. 액체 생검은 실제 조직을 떼내지 않고도 혈액이나 침, 오줌 등에 체액 속에 떠다니는 DNA 조각을 감지해 암을 찾아내는 기술이다. 기존 방식은 감지 센서가 일회용이거나 센서 제작 비용이 부담스러울만큼 비싸다. 연구팀은 이 고감도 센서 제작에 이황화몰리브덴을 이용했다. 이 센서는 특수 용액에 씻어내기만 하면, 5회 재사용도 가능하다. 제작도 쉬워 공정 비용도 저렴하다. 이황화몰리브덴 잉크를 기판에 발라 회전시킨 뒤 잉크 속 용매를 날려버리기만 하면 된다. 진단은 센서에 환자 체액을 떨어뜨린 뒤 고주파(RF)로 반응을 살피는 방식으로 한다. 표적 DNA가 센서에 달라붙을 때 발생하는 유전율과 저항 변화가 고주파 신호의 공진 주파수를 이동시키는 원리다. 특히, 기존 유전자 분석 기술이 놓치기 쉬웠던 '단일 가닥 DNA'만을 검출하는 것이 이 센서만의 특징이다. 단일 가닥 DNA는 말기 암이나 림프절 전이 환자에게서 고농도로 발견되는 바이오마커다. 연구팀은 암 전이와 밀접한 단일 가닥 DNA를 저비용으로 검출할 수 있게 돼, 향후 실제 임상에서 암전이 조기 진단과 예후 모니터링 비용을 획기적으로 낮출 수 있을 것으로 예측했다. 김명수 교수는 "실험에서 이 센서는 암 진단 지표인 'AluSx1' 유전자 DNA 조각을 154.67nM (나노몰)의 매우 낮은 농도까지 정확하게 검출했다"며 "병원을 넘어 가정에서도 손쉽게 암 예후를 관리할 수 있는 자가 진단 기기와 스마트 헬스케어 시스템으로 발전시켜 나갈 계획”이라고 덧붙였다. 연구는 한국연구재단의 △ 개인기초연구(신진연구) △국가아젠다 기초연구 △기초연구실지원사업 △BRIDGE융합연구개발사업과 정보통신기획평가원(IITP)의 △ 지역지능화혁신인재양성사업 일환으로 수행됐다. 김명수 교수와 신우정 교수가 교신저자, UNIST 이승찬 연구원과 KAIST 최은호 연구원이 논문 제1저자로 등록됐다. 성과는 센서 분야 국제학술지 '센서 앤 액추에이터 B: 케미컬(Sensors and Actuators B: Chemical, IF 7.7)'에 온라인으로 게재됐다.

2026.02.12 08:00박희범 기자

머크, 차세대 낸드 소재 한국서 양산…"올해 공급 목표"

독일 화학소재기업 머크가 한국에 차세대 반도체 소재 양산 라인을 구축한다. 올해 최첨단 낸드에 공급하는 것이 목표로, 삼성전자·SK하이닉스 등 국내 주요 메모리 기업과의 협력 강화가 예상된다. 머크는 10일 2026 미디어 간담회를 열고 차세대 반도체 양산을 위한 몰리브덴(Mo) 전구체(프리커서)를 소개했다. 최첨단 낸드에 적용되는 몰리브덴…머크, 국내 양산 체제 갖춘다 전구체는 반도체 제조에 필수적인 증착(웨이퍼 위에 박막을 입히는 공정)에 쓰이는 핵심 소재 중 하나다. 전구체는 화학 반응으로 특정 물질이 되기 전 단계의 용매 물질을 뜻한다. 기존 증착 공정용 전구체에는 텅스텐이 활발히 쓰였다. 텅스텐은 반도체 내에서 전류를 제어하는 전극 형성에 쓰인다. 그런데 근래 반도체 회로 선폭이 수 나노미터(nm) 수준으로 미세화되면서 텅스텐보다 '비저항'이 낮은 대체 물질의 필요성이 높아지게 됐다. 비저항은 소재가 전류에 얼마나 강하게 저항하는 지 나타내는 척도다. 금속의 비저항이 낮을수록 신호 속도가 빨라져 칩의 성능은 좋아지게 된다. 이에 머크는 텅스텐을 대체할 차세대 몰리브덴 소재 기반의 전구체(MoO2Cl2)를 개발해냈다. 몰리브덴은 텅스텐 대비 비저항이 낮아, 더 얇은 두께로도 고성능 박막을 구현할 수 있다. 김우규 한국머크 대표이사는 "음성 공장에서 몰리브덴 전구체 소재를 양산하기 위한 투자를 진행 중으로, 올해 안에 한국 내에서 고객사에 납품하기 위한 준비를 하고 있다"며 "이후 필요에 따라 아시아권의 타국에도 음성 공장에서 양산한 몰리브덴 전구체를 공급할 예정"이라고 설명했다. 몰리브덴 전구체가 가장 먼저 적용되는 분야는 낸드다. 낸드는 세대를 거듭할 수록 셀(메모리의 최소 단위)을 더 많이 쌓아 만드는데, 각 층을 밀도있게 구현하려면 배선 폭이 줄어들어야 하기 때문이다. 낸드의 구성요소 중에서도 워드라인(특정 셀에 전압을 인가하는)에 선제 적용됐다. 국내 삼성전자, SK하이닉스도 가장 최신 세대의 낸드인 9세대 제품부터 몰리브덴을 적용할 것으로 알려져 있다. 머크는 국내에서 몰리브덴 전구체를 양산함으로써, 이들 기업과의 협력 강화를 도모하려는 전략으로 풀이된다. 통합 공급 솔루션으로 경쟁력 확보…"시장 잠재력 커" 이후 몰리브덴은 파운드리, 3D D램 등으로 확장될 전망이다. 장기적으로는 텅스텐을 몰리브덴이 완전히 대체하면서, 관련 시장이 크게 성장할 것이라는 게 머크의 시각이다. 김 대표는 "정확한 숫자를 제시할 수는 없지만, 반도체 전반에서 상당 부분의 텅스텐을 몰리브덴이 대체할 것"이라며 "굉장히 높은 시장 잠재력이 있다"고 말했다. 한편 몰리브덴 전구체는 미국 인테그리스 등도 시장 확대를 추진 중이다. 머크는 경쟁사와의 차별점으로 맞춤형 소재 공급 시스템인 '쳄키퍼(CHEMKEEPER)'를 제시하고 있다. 쳄키퍼는 전구체를 일정한 압력으로 균일하게 공급하는 장치로, 양산 공정에서 신뢰성을 확보하게 해준다. 또한 대용량 용기 내부의 소재를 99.5%까지 온전히 사용할 수 있어 고객사 총소유비용(TCO) 절감에도 용이하다. 케서린 데이 카스 머크 일렉트로닉스 비즈니스 부사장은 "몰리브덴과 같은 소재는 그 자체만이 아니라 공급 시스템까지 함께 갖춰져야 하기 때문에, 머크의 통합 솔루션이 큰 장점이 될 것"이라며 "머크의 공급 시스템은 실린더 전체에 열을 고르게 가해 훨씬 더 일관성 있게 압력을 유지할 수 있다"고 강조했다.

2026.02.11 09:00장경윤 기자

IBS 등 4개국 연구진, 원자핵 질서 뒤집힌 '반전의 섬' 추가 발견

우리나라를 비롯한 이탈리아, 미국, 프랑스 등 4개국 연구진이 원자핵 구조가 뒤집히는 독특한 물리현상인 '반전의 섬'을 추가로 발견했다. 이는 물이 낮은 곳에서 높은 곳으로 흐르는 것과 유사한 현상이다. 기초과학연구원(IBS)은 희귀핵연구단 하정수 YSF가 3개국 연구팀과 그동안 중성자가 매우 많은 핵에서만 나타난다고 알려졌던 '반전의 섬(Island of Inversion)' 현상을 양성자와 중성자 수가 같은 '대칭 핵'에서도 처음 확인했다고 8일 밝혔다. 이 연구는 희귀핵연구단과 이탈리아 파도바 대학교, 미국 미시간 주립 대학교, 프랑스 스트라스부르 대학교 등이 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션즈에 게재됐다. YSF는 IBS의 차세대 연구리더 육성 프로그램으로 영 사이언티스트 펠로우라고 부른다. 원자핵은 핵자(양성자와 중성자)가 여러 층의 껍질에 배치되는데, 통상 에너지가 낮은 껍질부터 채워지며 안정된 형태를 유지한다. 그러나 특정조건에서는 에너지가 높은 층의 껍질에 자리할 때 오히려 더 안정된 상태가 되는 역전 현상이 일어나는데, 이를 '반전의 섬'이라고 부른다. 기존에 알려진 '반전의 섬'은 ▲중성자 과다로 인한 껍질 간격 감소 ▲전통적 마법수의 에너지 장벽 낮아짐 ▲텐서(force) 및 스핀-궤도 상호작용의 변화 ▲중성자 비율이 높아지면 양성자·중성자의 궤도 상호작용이 변하면서 적층된 에너지 준위 재배열 등의 요인에 따라 발생하는 것으로 알려져 있다. 예를 들어 전통적 핵껍질 모형에서는 2, 8, 20, 28, 50, 82, 126 등이 마법수로 불린다. 이 숫자에 해당하는 핵은 상대적으로 안정적이지만, 중성자 수가 극단적으로 많아지면 '반전의 섬' 현상이 발생한다. 연구팀은 몰리브덴-84와 몰리브덴-86이라는 중성자가 적은 두 희귀 핵을 비교한 결과 이같은 '반전의 섬'을 확인했다. 이들 두 핵은 양성자 수(42개)가 같고 중성자만 두 개가 차이(각각 42개, 44개)가 난다. 실험은 미국 미시간 주립 대학교 국립 초전도 사이클로트론 연구소(NSCL)에서 생성된 몰리브덴-84와 몰리브덴-86 방사성동위원소 빔을 표적에 충돌시키는 방식으로 진행됐다. 빔이 표적에 충돌하면 원자핵은 잠시 에너지를 머금은 들뜬 상태가 되고, 이후 감마선을 방출하며 다시 에너지가 낮은 본래의 안정된 구조인 바닥 상태로 돌아간다. 연구팀은 이때 방출되는 감마선을 정밀하게 측정해 들뜬 상태가 얼마나 지속됐는지 측정했다. 원자핵이 바닥 상태로 되돌아가는 데 걸리는 시간은 원자핵의 실제 구조가 어떤 형태인지를 밝히는 단서가 되기 때문이다. 분석 결과, 몰리브덴-84는 바닥 상태로 매우 빠르게 복귀했으며, 길게 늘어나거나 납작해진 강한 변형을 보였다. 반면 몰리브덴-86은 변형이 훨씬 적었다. 중성자 단 2개의 차이로 원자핵의 모양과 구조가 크게 달라지는 뚜렷한 대비가 드러난 것이다. 연구팀이 이 데이터를 여러 핵 형태를 가정한 이론 계산과 비교한 결과 몰리브덴-84의 강한 변형은 여러 핵자가 높은 껍질을 차지하는 역전 현상이 일어날 때만 재현됨을 확인했다. 즉, 몰리브덴-84는 반전의 섬의 특성과 정확히 부합하는 구조를 갖는 것이다. 특히 몰리브덴-84는 양성자와 중성자 수가 같은 대칭 핵(N=Z)이다. 대칭 핵에서는 양성자와 중성자가 거의 구분되지 않고 함께 움직이기 때문에, 여러 핵자가 한꺼번에 높은 껍질로 이동하는 집단적 껍질 들뜸이 나타나기 유리하다. 하정수 YSF는 "이번 연구는 이러한 집단적 들뜸이 실제로 강한 변형과 구조 반전으로 이어진다는 것을 명확히 확인함으로써, 대칭 핵에서도 반전의 섬이 형성된다는 사실을 실험적으로 입증했다"고 설명했다. 연구팀은 또 이번에 확인된 구조 반전이 원자핵을 구성하는 핵력 중 하나인 '삼핵자 힘(three-nucleon force)'과 밀접하게 연관되어 있음을 밝혔다. 삼핵자 힘은 세 개의 핵자가 동시에 존재할 때 나타나는 추가 상호작용이다. 이론 계산에서 삼핵자 힘을 제외하면 실험에서 관측된 강한 변형이 재현되지 않았기 때문에 연구팀은 이 삼핵자 힘이 반전의 섬을 형성하는 핵심 요소라고 분석했다. 실험데이터 분석을 주도한 하정수 YSF는 “이번 연구는 대칭 핵에서도 반전의 섬이 나타날 수 있음을 보여준 첫 사례"라며 "원자핵 구조 변화에 대한 기존 이론을 확장하는 중요한 발견이다. 희귀동위원소의 구조 예측 정확도를 높이고 새로운 핵모델 개발에도 큰 도움이 될 것”이라고 설명했다.

2025.12.08 10:34박희범 기자

램리서치, '新소재 증착장비' 첫 상용화…韓·美 낸드 고객사 잡았다

글로벌 반도체 장비업체인 램리서치가 최첨단 반도체 제조를 위한 '몰리브덴(Mo)' 증착장비를 세계 최초로 상용화했다. 해당 장비는 현재 미국 마이크론, 국내 주요 기업의 최첨단 3D 낸드 공정에 도입된 것으로 알려졌다. 향후에는 파운드리·D램 공정에도 적용이 가능할 전망이다. 램리서치는 20일 오후 '세미콘 코리아 2025' 기자간담회에서 회사의 최신 장비에 대해 이같이 밝혔다. 'ALTUS Halo'는 세계 최초로 몰리브덴 소재를 활용하는 원자층증착(ALD) 장비다. ALD는 원자층을 한층씩 쌓아올려 금속 배선을 형성하는 기술로, 기존 증착 방식인 화학기상증착(CVD) 대비 정밀성이 높다. ALD의 소재로는 텅스텐이 활발하게 쓰였다. 그러나 로직 및 메모리 반도체의 회로 선폭이 수 나노미터(nm) 수준으로 미세화되면서, 텅스텐보다 '비저항'이 낮은 대체 물질의 필요성이 높아지게 됐다. 비저항은 소재가 전류에 얼마나 강하게 저항하는 지 나타내는 척도다. 금속의 비저항이 낮을수록 신호 속도가 빨라져 칩의 성능은 좋아지게 된다. 램리서치는 차세대 소재인 몰리브덴에 주목했다. 몰리브덴은 텅스텐 대비 저항이 낮을 뿐만 아니라, 텅스텐과 달리 별도의 배리어층을 형성할 필요가 없어 제조 공정의 효율성을 높인다. 이에 램리서치는 세계 최초로 몰리브덴 ALD 장비를 개발해, 국내외 주요 최첨단 3D 낸드 양산 업체들에 도입을 시작했다. 낸드는 세대를 거듭할 수록 셀(메모리의 최소 단위)를 높이 쌓아 만든다. 더 많은 층을 밀도 있게 제조하려면 배선 폭이 줄어들어야 하기 때문에, 몰리브덴이 적합하다는 게 램리서치의 설명이다. 특히 미국 주요 메모리 기업 마이크론이 해당 장비를 선제적으로 양산 적용한 것으로 알려졌다. 국내에서는 올해부터 양산 적용이 시작될 예정이다. 박태순 램리서치 KTC 센터 수석 디렉터는 "텅스텐은 금속 배선에서 지난 20년간 활발히 적용돼 왔으나, 최근 초미세공정 환경에서는 적용이 힘들어지는 소자들이 생겨나기 시작했다"며 "ALTUS Halo는 기존 질화 티타늄과 텅스텐을 결합한 증착 기술 대비 저항이 50% 감소한 것으로 나타났다"고 설명했다. 또한 램리서치는 향후 ALTUS Halo의 적용처를 로직 및 D램 분야로도 확장할 계획이다. 2나노 등 최첨단 파운드리 공정에서도 ALTUS Halo 적용을 위한 검증이 진행 중인 것으로 알려졌다. D램 분야에서는 3D D램 등에서 적용될 것으로 예상된다. 램리서치의 주요 경쟁사 역시 몰리브덴 증착 장비를 개발 중이지만, 회사는 경쟁력 확보를 자신했다. 카이한 애쉬티아니 램리서치 ALD·CVD 금속 사업 부문장 겸 부사장은 "경쟁사들도 유사 기술을 연구 중일 것이나, 램리서치는 약 7년간 몰리브덴 증착을 연구개발 해오는 등 업계를 선도하고 있다"며 "특히 낸드에서 비교적 낮은 저항이 필요한 워드라인(WL; 게이트 단자로 전압이 인가되는 라인) 제조 분야에서 독보적인 입지를 보유 중이다"고 강조했다.

2025.02.20 15:03장경윤 기자