반도체 공정용 특수가스

반도체 산업에서 사용되는 물질은 지구상에 있는 모든 물질을 거의 다 사용할 정도로 다양합니다. 오늘은 그중에서도 반도체 공정용 특수가스로 사용되는 물질에 대해 정리해봅니다.

반도체 공정용 특수가스 매출은 반도체 생산설비 가동률에 연동되어 꾸준하게 수요가 발생된다는 특징이 있고 특수가스 납품회사들의 실적 및 주가 변동폭이 낮습니다.

국내 대표 반도체 공정용 특수가스 제조사는 SK머티리얼즈와 원익머트리얼즈가 있습니다. 반도체 산업에 관심있다면 꼭 살펴봐야하는 기업들이죠. 해당 기업들에 대해선 나중에 자세히 써보겠습니다.

 

 

 

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반도체 공정용 특수가스

1. Etching Gas(에칭가스, 식각가스)

반도체 공정 중 식각공정에서 사용되는 특수가스. 과거엔 화학수용액(Wet Etch)을 사용했지만 반도체 정밀도가 점점 높아지면서 가스를(Dry Etch) 사용하기 시작했습니다. 건식식각은 가스에칭, 플라즈마에칭, 이온빔에칭으로 나뉘며 각 에칭방법에 따라 사용되는 가스 제품도 다릅니다.

가스에칭 : HCl, HF, HBr, SF6, Cl2 출처 : https://blog.naver.com/caemaster/222174626227

플라즈마에칭 : C3F3, CHF3, CCl3, CF4, C2F6, C3F8

이온빔에칭 : C3F3, CHF3, CCl3, CF4

2. Precursor(전구체)

전구체는 특수가스를 이용해 화학적으로 코팅물질을 웨이퍼 위에 증착시키는 CVD 설비에 사용되는 물질입니다.

최근 주목받는 전구채는 High-k 물질로, 반도체산업 리포트에 자주 등장하는데 쉽게 말하자면 k값이 높을수록 절연체 성질이 높은 물질이다.

High-K 전구체가 주목받은 이유는 반도체 공정이 점점 미세화되면서 발생하는 크로스토크 현상때문에 전류 누설을 막고자 절연체 성질이 강한 물질이 필요했기 때문이다.

대표적인 High-K 전구체는 HfO2(하프늄 다이옥사이드), ZrO2(지르코늄 다이옥사이드) 등이 있다.

 

3. Cleaning Gas

반도체 설비 Chamber, Wafer 등에 있는 불순물을 제거해주는 가스 제품. 각 공정마다 클리닝을 진행하기에 사용량이 많은 가스이기도 합니다.

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특수가스회사 종류

1. 산업용 가스

일반 산업용 가스는 반도체 산업 뿐만 아니라 조선, 화학 산업 등에서도 광범위하게 사용됨. 일반 산업용 가스는 공기 중에 있는 산소, 질소, 아르곤을 분리하는 방식으로 원재료가 필요 없습니다.

산업용 가스를 공급할 땐 수요처 부지 인근에 전용 플랜트를 설치해 파이프 라인으로 공급하는 토니지 공급 방식과 탱크로리 차량을 이용한 벌크 공급 방식이 있다.

 

 

 

산업용 가스를 공급하는 회사는 프랑스 에어리퀴드, 독일 린데, 미국 프랙스에어, 미국 에어프로덕츠 등으로 규모가 큰 글로벌 업체가 대부분이다.

매출액 기준 세계 점유율 2,3위 업체인 린데와 프랙스에어는 2016월 12월에 합병했으며, 2019년 3월 공정위는 조건부 합병 승인을 하여 린데코리아가 IMM PE에 매각되었다. 린데-프랙스에어는 합병으로 점유율 1위 업체인 에어리퀴드 매출을 추월했다.
https://bit.ly/2XHZpL0

공정위, 산업용 가스업체 린데·프렉스 합병 조건부 승인

산업용 가스 회사들의 주요 가스 제품은 N2, O2, Ar, H2 등으로 공기 중에서 뽑아내서 원가가 거의 없음. 최근에는 수소 가스에 열심히 투자하고 있다.

산업용 가스도 수요가 꾸준하여 실적이 안정적이다. 이는 곧 주가 변동성이 낮다는 얘기이며 모니터링 하다가 큰 하락을 보일 때 모아가면 좋은 회사들이다.

 

2. 공정용 특수가스

주요 공정용 특수가스 회사는 일본, 한국 업체들이다. 공정용 특수가스의 원재료는 산업용 가스 회사에서 납품받고 있어 서로의 업황이 연결되어있음.

특수가스 제조 기술은 대체적으로 비슷비슷해 보인다. 반도체의 난이도가 올라가면서 여러가지 물질들이 필요한데 이와 비례적으로 특수가스 업체들의 실적과 투자도 증가하고 있다. 산업용 가스 회사들과 마찬가지로 실적이 꾸준해 장기투자하기에 좋은 기업들이 많다.

일본 쇼와덴코는 식각가스인 CH계열 가스를 생산하는데 SK머티리얼즈와 합작사를 설립하여 CH3F, WF6을 공급하고 있다. 일본 칸토덴카는 WF6, COS를 납품하는데 COS(황화카르보닐)은 전량 일본 수입에 의존하고 있었다. 하지만 일본 정부의 수출규제 이후 천안에 신공장을 세워 국내 고객사에 납품하여 원재료 공급망이 안정화되었다.

주요 국내 특수가스 회사는 SK머티리얼즈, 원익머티리얼즈가 있다.

원익머티리얼즈의 주요 제품은 식각용 가스, 증착용 가스인데 이는 원익IPS가 CVD 장비, 식각 장비를 납품하기 때문이고 가스공급설비까지 납품 하는 등 원익그룹은 특수가스 분야에서 수직계열화를 이뤄냈다.

SK머티리얼즈의 주요 제품은 3가지로 나눌 수 있다. 세계 점유율 1위인 세정용 가스 NF3, SK쇼와덴코에서 납품하는 식각용 가스(CH3F, WF6), SK에어가스에서 납품하는 산업용 가스, SK트리켐에서 납품하는 전구체(ALD, CVD 공정에서 사용) 등이 있다. 최근에는 Blue OLED 소재, 배터리 음극재 시장에도 진출하는 모습을 보이고 있다.

 

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일본 수출규제 품목, 불화수소(HF)

반도체용 특수가스에서 빠질 수 없는게 바로 불화수소(HF). 작년 일본의 수출규제 품목 중 하나이며, 반도체 산업 투자자들도 관심있게 보는 화학물질. 불산과 관련된 국내 업체는 솔브레인, SK머티리얼즈 등이 있다.

불화수소는 플루오린화 수소, 에칭가스(Etching Gas) 등으로 불리는 플루오린과 수소의 화합물로 반도체 웨이퍼에 미세패턴을 형성시키기 위한 식각공정에서 사용되는 화학물질이다.

고순도 불화수소란 반도체 소자 형성을 위해 웨이퍼의 산화물이나 금속 오염물을 제거하기 위한 고순도의 불화 화합물을 의미한다. 에칭가스로 사용되는 고순도의 불화수소는 순도 99.999% 이상을 가져야하며, 이는 반도체용 고순도 불화수소로 파악된다.

불화수소는 일본의존도가 높은 제품인데, 최근 일본의 수출규제로 인해 불화수소를 비롯한 반도체 소재 국산화 필요성이 대두되고 있다. 불화수소는 다양한 공정에 사용되나, 용도에 따라 순도를 달리해 사용될 수 있다. 비교적 낮은 순도를 사용하는 세정 작업에는 고순도 에칭가스를 사용하며, 식각 공정에서는 초고순도 불화수소를 사용한다.

고순도 불화수소를 주로 생산하는 업체는 일본 Stella Chemifa, Morita Chemical 등이며 전 세계 시장의 70%를 차지한다. Stella Chemifa는 순도 99.9999999999%(12 nine) 이상의 초고순도 불화수소 제조기술을 소지하고 있으며 불화수소 전체 생산물량 중 60%를 삼성전자, SK하이닉스에 수출했다.

 

 

 

초고순도 불화수소 제조방식은 다음과 같음. 우선 형석과 황산을 반응시켜 무수불산을 만든 뒤 무수불산에 첨가제를 넣어가며 순도를 맞추는데 이를 여러번 반복해야 초고순도 불화수소를 제조할 수 있다. 참고로 이 때 사용되는 첨가제는 일본에서 만들어지며 어떤 성분이 들어있는지 알려지지 않아 경쟁사에서 초고순도 불화수소를 만들기 어렵다.

2019년 일본과 무역분쟁이 발생한 이후 국내 화학소재 전문 기업 솔브레인이 2020년에 액체 불화수소 최고수준인 12 nine인 초고순도 액체 불화수소의 대량생산 및 양산체제를 갖춘 바 있다. 또한 SK머티리얼즈에서는 고순도 불화수소 가스의 국산화를 도입하며, 2020년 6월 순도 99.999%의 불화수소 가스 양산에 돌입한 바 있으며, 경북 영주 공장 내 15톤 규모의 생산시설을 건설하며 2023년까지 국산화율을 70%까지 끌어올린다는 계획이다.

http://www.amenews.kr/m/view.php?idx=42653&mcode=

[창간11주년]반도체용 특수가스 종류 및 국산화