반도체 소재 기업 탐구: 디엔에프

1. 반도체 제조 과정 중 전공정(Fab process)의 이해 

 

앞서 다른 글에서도 도식적으로 설명하기는 했지만, 반도체 제조는 크게 전공정과 후공정으로 나뉘며, 전공정이 미세공정의 수준을 결정하는 중요한 공정이고 높은 기술력이 필요한 부분이다. 이러한 전공정은 노광(Photo) - 증착(Deposition) - 식각(Etching)의 과정을 거친다.

 

Fab Process

노광공정은 쉽게 말해 빛을 쬐어서 화학물질을 딱딱하게 경화시키는 과정이다. 실리콘웨이퍼에 감광액이라고 하는 화학물질을 도포하고, 그 위에 마스크라는 패턴이 새겨진 유리판을 올려놓은 후, 노광장비로 빛을 가한다. 빛을 가하면 마스크의 패턴에 의해 가려진 부분은 여전히 부드럽지만, 노출된 부분은 빛을 받아서 경화(딱딱해짐)된다. 그리고, 부식성을 갖는 화학물질로 씻어서 경화되지 않은 부분을 벗겨내고 경화된 부분만 남겨서 패턴을 만든다.

 

그런 다음 증착공정(Deposition)이라는 공정을 거친다. 증착공정은 금속이나 세라막 물질의 박막(Thin film)을 웨이퍼 위에 패턴대로 입히는 공정을 의미한다. 증착공정은 물리적인(PVD: Physical Vapor Deposition) 방법과 화학적인(CVD: Chemical Vapor Deposition) 방법으로 크게 구분된다. 요새 미세화 공정 수준이 높아져서 ALD(Atomic Layer Deposition) 라는 공정도 많이 사용하는데, 이것은 CVD의 일종으로 CVD 방법으로 deposition하는 막(Film)의 두께가 매우 얇아서 원자 몇개 수준(Atomic Layer)의 두께 정도라는 의미이다.

 

그리고 이런 패턴과 증착공정을 한 후에 식각공정(Etching)이라는 것을 진행하는데, 식각공정도 역시 패턴을 만들기 위한 과정으로 불필요한 회로 부분을 선택적으로 제거하는 것을 의미한다. 이것도 역시 건식(Dry etching)과 습식(Wet etching)으로 나뉘는데, 건식은 플라즈마를 통해 식각하는 것이고 습식은 부식성 액체로 식각하는 것이다. 

 

플라즈마는 진공상태에서 미량의 기체를 넣은 후 전압을 가해서 원자를 전자와 양이온으로 분리된 상태를 만드는 것을 의미한다. 그리고 건식 식각은 이렇게 만들어진 플라즈마 상태에서 분리된 양이온을 전기장에의해 가속하여 증착된 필름 표면을 세게 때려서 벗겨내는 것이다. 습식은 추가적으로 설명이 필요 없을 것 같다.

 

그리고, 이런 과정을 거친 후에 잔여물을 제거하고 씻어내는 과정이 세정이다.

 

반도체 전공정(Fab process)

반도체 전공정은 이러한 제조 공정(노광 - 증착 - 식각)을 여러번 반복하면서 실리콘 웨이퍼 위에 여러 층의 회로를 구현하는 것이다. 그리고 이러한 것을 여러번 반복하면 패턴으로 인해 위치에 따라 높이가 불균일해지는데, 이러한 불균일한 높이차가 너무 커지면, 그 다음에 증착할 때 패턴이 제대로 되지 않고 끊어지는 경우가 생긴다. 그래서 표면의 높이를 균일하게 만들기위해서 살짝 연마를 해주는데, 이 과정을 CMP(Chemical Mechanical Polishing)이라고 한다.

 

2. 디엔에프가 만드는 제품은 무엇? 

반도체 전 공정(Fab process) 중 증착 공정이라는 것이 있다고 설명했다. 그리고 그 증착 공정 중 CVD라는 공정이 있다고 했다.

 

CVD는 다른 말로 풀어서 이야기 하면, Source gas(어떤 유기 혹은 유/무기 복합물질로 구성된 분자)를 열을 가해서 분해하고, 분해된 물질을 표면에 증착해서 박막층(Thin Film)을 만드는 것이다. 반도체 산업 초기에는 Source gas가 단순한 물질이고 다른 용도로 만들어진 이미 존재하는 물질이었다.

 

그러나, 반도체 공정 기술이 발달함에 따라서, 증착해야 하는 물질은 요구되는 특성에 따라 다양해졌고, 특정한 조성을 갖는 세라믹이나 특수한 금속물질로 하는 것이 필요해졌다. 혹은 Sputtering(PVD의 대표적인 방법)으로 증착하던 물질을 좁고 깊게 채워넣기 위해서 CVD로 해야하는 필요가 생기기도 했다.

 

CVD process

이런 이유로 CVD의 source gas는 공정에서 필요로 하는 특정한 물질을 수송해 주는 carrier로써 역할을 해야하고, 이를 위해서 source gas를 필요에 맞게 설계하고 만들어내는 것이 필요하게 되었다. 이렇게 만들어진 source gas가 바로 전구체(Precursor)라는 특수한 CVD용 source gas이고, 전구체(Precursor)는 금속게이트, 캐피시터, 알루미늄배선, 구리배선, 전극배선 등으로 다양한 화합물이 존재. 디엔에프의 주력 제품이 바로 이것이다.

 

또한, 디엔에프는 급변하는 반도체 전자재료 시장에서 향후 사용 가능성이 있는 신규 물질 연 구개발 및 산업재에 적용하기 위한 기능성 코팅제에 대한 연구개발을 꾸준히 수행 하고 있다. 이를위해 기능성 재료연구소를 2019년 1월에 신설하여, 현재 반도체 재료연구소와 기능성 재료연구소를 보유하고 있으며, 동사의 각 연구소에서 진행하고 있는 연구내 용은 아래와 같다

 

디엔에프 연구소 운영 현황

 

3. 디엔에프 사업 및 실적에 대한 전망

디엔에프는 2001년 1월 설립된 반도체 소자 형성용 박막재료 전문 기업으로, 2007년 11월 코스닥 시장에 상장되었다.

 

동사에서 생산하고 있는 주요 제품군에는 미세패턴 구현을 위한 패터닝용 희생막 재료인 DPT(Double Patterning Technology) & QPT(Quadruple Patterning Technology) 재료, Capacitor 유전막 및 Metal Gate 절연막으로 사용되는 High-k 재료, 저온 공정 용 SiO/SiN 재료, 웨이퍼 패터닝 시 PR1) 보조역할을 하는 하드마스크용 ACL(Amorphous Carbon Layer) 재료, 메탈과 절연층과의 산화반응을 막아주는 확산 방지막 재료, 메탈의 원활한 증착을 돕는 Seed layer 재료 등이 있다

 

디엔에프의 주요 제품

디엔에프는 High-K(유전율이 높은 세라믹 물질) 조성의 전구체(Precursor)를 2014년부터 생산해왔었다. High-K는 디램(DRAM)의 커패시터(Capacitor)를 만드는 소재로 커패시터가 전하를 일시적으로 저장하는 과정에서 유전율을 높여주는 역할을 하는 물질이다.

High-K

 

일본기업 아데카(Adeka)가 이 소재의 선도 기업인데, 디엔에프도 함께 삼성전자에 High-K를 공급해 왔지만, 아데카와 디엔에프의 점유율은 각각 80:20 수준이었다. 사실 예전에는 아데카가 거의 독점이었다.

High-K를 만드는 precursor의 예

그러나, 최근 일본과의 무역 마찰로 디엔에프의 High-K 채택률이 증가되었고, 정부가 추진하는 국내 소재업체 지원정책 등에 힘입은 바가 크다. 증권사 애널리스트들에 의하면 "디엔에프의 High-K 품질은 아데카와 유사한 수준으로 검증을 받았다"며 "올 상반기 완공된 신규라인이 시험운전 중이기 때문에 물량 증가에 대한 대응에는 문제가 없을 것"이라고 이야기 한다.  

디엔에프의 주요 제품과 매출비중 추정

본격적으로 매출에 반영되기 시작한 것은 2019년 3분기부터 이며, 2019년 3분기부터 ~ 2020년 1분기까지 각각 146, 152, 162억 원으로 매출이 점진적으로 증가했지만, 드라마틱한 개선은 아니었다

 

디엔에프는 분기별로 제품별 매출을 공시하지 않고 있어 매출 추정이 어렵지만, 2Q20 매출은 2018년 분기별 매출의 최고 수준(188억 원)을 상회할 것으로 전망된다. 그 이유는,

 

(1) 2분기가 계절적으로 1분기 대비 상대적으로 성수기라는 점,

(2) 전년 동기에 공정소재 공급사들의 실적에 부담이 되었던 NAND 분야의 감산이 마무리되었다는 점,

(3) 전방산업의 NAND 증설 (2019년 20K, 2020년 상반기 기준 40K) 영향으로 디엔에프의 주력 제품 중에 HCDS의 매출이 늘어났을 것이라는 점,

(4) High-K 전구체 분야에서 일본산의 대체가 본격적으로 시작됐을 것이라는 점 때문이다

 

최근에도 주가 상승이 꽤 있었지만, 2020년 2분기 실적 발표 이후 하반기 부터는 디엔에프의 주가의 재평가가 일어날 수 있다.

 

출처: 하나금융투자, Wisefn, 한화투자증권

 

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