「텅스텐 퇴장, 몰리브덴 진출」: SK하이닉스 375층 NAND 검증 완료, 미국 주식시장에서 수혜를 받을 세 가지 종목 부상
저자: Ada, TechFlow
업계 조사 기관 트렌드포스(TrendForce)에 따르면, SK하이닉스는 375층 NAND 설계 검증을 완료했으며, 양산은 2026년 말부터 시작될 예정이다. 이 회사는 기존 생산 능력을 전환해 해당 제품을 양산할 계획이다. SK하이닉스의 375층 NAND 검증 완료는 오랜 기간 준비되어 온 산업적 전환점을 앞당겼다. 반세기 가까이 칩 내에서 사용되어 온 텅스텐(W)이 이제 몰리브덴(Mo)으로 대체되고 있는 것이다. 이 재료 교체의 진정한 수혜자는 메모리 제조사가 아니라 장비 및 소재를 공급하는 상游 업체들이다.
텅스텐은 약 25년간 버텨왔지만, 미세화는 이제 그 물리적 한계를 넘어서고 있다
주목할 만한 점은 금속 배선 공정에 몰리브덴을 최초로 도입한 기업이 삼성전자이며, SK하이닉스가 아니라는 사실이다. 삼성전자는 이미 286층 9세대 NAND에서 몰리브덴을 채택했으며, 이 제품은 2024년 4월부터 양산에 들어갔다. 현재 삼성전자는 몰리브덴 적용 범위를 더 많은 공정 단계로 확대하고 있다. 반면 SK하이닉스는 이번에 자사 제품 라인업에 처음으로 몰리브덴을 도입한 것으로, 업계 내에서 선도가 아닌 추격에 해당한다.
이 375층 제품 자체도 다소 축소된 경력이 있다. TheElec 보도에 따르면, SK하이닉스는 내부적으로 원래 400층급을 목표로 했으나, 고층 적층 제조의 복잡성 때문에 결국 375층으로 조정했다. 그럼에도 불구하고 이 제품은 SK하이닉스의 NAND 로드맵에서 핵심적인 도약을 의미하며, 훨씬 더 먼 480층 및 604층 제품은 몰리브덴에 대한 의존도가 훨씬 더 커질 것으로 전망된다.
몰리브덴이 텅스텐을 대체하는 현상은 메모리 분야에만 국한되지 않지만, 전체 반도체 산업 차원의 전환점이 되고 있다. 보도에 따르면, 텅스텐은 NAND, DRAM, 그리고 로직/파운드리 중간 공정의 인터커넥트 금속으로 약 25년간 사용되어 왔으나, 현재 미세화 요구가 텅스텐의 물리적 한계를 넘어설 정도로 심화되고 있으며, 몰리브덴이 가장 유력한 대체 후보로 부상하고 있다.
몰리브덴의 장점은 낮은 저항뿐 아니라, 텅스텐과 구리와 달리 확산 방지용 배리어 레이어가 불필요하다는 점이다. 이는 공정 단계를 줄이고 수율을 높이는 효과를 가져온다. 또한 높은 녹는점과 우수한 산화 저항성을 바탕으로 직접 증착이 가능하며, 3D NAND 및 로직 분야의 GAA(전면 둘러싼 게이트) 등 고종횡비율 구조에 더욱 적합하다. 즉, 적층 수가 많아질수록, 노드가 작아질수록 텅스тен은 점점 더 한계에 부딪히고, 몰리브덴의 적용 영역은 확대된다. 바로 이것이 ‘삽을 파는 사람’(tool & material supplier) 논리가 성립하는 근거이며, 대체가 본격화되면 도구 및 소재 공급 업체가 실질적인 혜택을 누리게 된다.
Lam Research: 유일하게 양산용 ALD 몰리브덴 장비를 공급하는 ‘삽을 파는 사람’
이 테마에서 가장 직접적이며 스토리텔링이 강한 기업은 램 리서치(Lam Research, LRCX)다. 램 리서치는 2025년 2월 ‘ALTUS Halo’를 출시했는데, 이 장비는 업계 최초로 몰리브덴을 양산에 적용하는 원자층 증착(ALD) 장비라고 회사 측이 밝혔다. 일반적으로 전통적인 텅스텐 메탈라이제이션 대비 저항이 50% 이상 개선된다. 램 리서치는 초기 도입이 한국과 싱가포르의 고생산성 3D NAND 팹 및 첨단 로직 팹에서 진행되고 있다고 밝혔다. 여기서 한국은 삼성전자와 SK하이닉스를, 싱가포르는 마이크론을 의미한다.
사업의 탄력성은 공정의 복잡화에 숨어 있다. 잭스(Zacks) 리서치에 따르면, 램 리서치는 현재 유일하게 ALD 몰리브덴 장비를 양산에 투입한 공급업체로서 파운드리 및 NAND 고객에게 서비스를 제공하고 있다. 몰리브덴 증착은 속도가 느리고 공정이 복잡하지만, 이러한 특성 덕분에 램 리서치는 첨단 노드에서 웨이퍼 당 금속 증착 관련 시장(SAM) 규모를 3배까지 확대할 수 있게 되었다. 공정이 어려워질수록 오히려 장비 업체에는 추가적인 수익 기회가 생기는 것이다.
Entegris는 소재를 판매하고, 마이크론(MU)은 미국 주식시장에서 유일한 순수 메모리 종목
어플라이드 머티어리얼즈(AMAT)는 다른 접근 방식을 선택했다. 올해 2월, 어플라이드 머티어리얼즈는 ‘스펙트럴 ALD(Spectral ALD)’ 시스템을 출시해 현재 트랜지스터 접점에서 사용되는 텅스텐을 몰리브덴으로 대체함으로써, 트랜지스터와 구리 배선 네트워크 사이의 핵심 연결 지점에서 저항을 감소시키고 있다. 이 시스템은 현재 여러 주요 로직 파운드리 업체에 의해 채택되고 있다. 중요한 점은 램 리서치의 몰리브덴 이야기가 주로 NAND/DRAM 워드라인에 초점을 맞추는 반면, 어플라이드 머티어리얼즈의 몰리브덴 이야기는 2nm GAA 로직 접점에 집중한다는 점이다. 두 기업의 최종 고객이 다르므로, 동일한 수혜 논리로 묶을 수 없다.
소재 측면의 대표 기업은 엔테그리스(Entegris, ENTG)다. 이 회사는 DRAM 및 3D NAND용으로 특화된 몰리브덴 고체 전구체인 이염소이옥시몰리브덴(MoO₂Cl₂)을 공급하며, 이를 위한 ProE-Vap 공급 시스템도 함께 제공한다. 그들의 전략은 재료 전환에 따른 연쇄 효과를 기반으로 한다. 엔테그리스에 따르면, 구리 및 텅스텐에서 몰리브덴으로의 전환은 전구체 선택, 폴리싱 패드 설계, 연마액 배합, 식각 재료, 필터링 등 여러 공정 영역에 걸쳐 영향을 미친다. 공정이 더 분산되지만, 여러 단계를 아우르는 영향을 갖는다.
메모리 제조사 입장에서는 삼성전자와 SK하이닉스 모두 미국 주식시장에 상장되어 있지 않으며, 마이크론(MU)만이 미국 시장에서 유일한 순수 메모리 종목이다. 또한 마이크론은 몰리브덴 적용에서 앞서 나가고 있다. 램 리서치는 마이크론 NAND 개발 부사장 마크 키엘바우흐(Mark Kiehlbauch)의 발언을 인용해, 몰리브덴 메탈라이제이션이 마이크론의 최신 세대 NAND 제품에서 업계 최고 수준의 I/O 대역폭 및 저장 용량을 실현하는 데 기여했다고 밝혔다. 다만 마이크론은 ‘몰리브덴을 사용하는 기업’일 뿐 ‘몰리브덴으로 수혜를 보는 기업’은 아니다. 마이크론의 주가 동인은 여전히 메모리 사이클과 HBM 수요이며, 몰리브덴은 단순히 성능을 향상시키는 요소일 뿐이다.
몰리브덴 광산 업체도 수혜? 반도체 수요는 극소량에 불과
이론적으로 몰리브덴 금속 광산 업체도 이 테마의 주변 수혜자에 포함될 수 있다. 미국 주식시장에서는 몰리브덴을 구리 광석 부산물로 생산하는 프리포트-맥머란(Freeport-McMoRan, FCX)이 대표적이다. 그러나 반도체 산업에서의 몰리브덴 사용량은 극히 미미하다. TheElec 및 업계 추산에 따르면, 삼성전자는 지난해 약 4톤, 올해는 약 10톤의 몰리브덴을 구매했고, SK하이닉스는 약 4톤으로 시작해 전 세계 반도체 업계의 2030년 몰리브덴 수요는 약 80톤 수준에 그칠 전망이다. 반면 전 세계 몰리브덴 시장은 주로 철강 합금에 사용되며, 연간 소비량이 수십만 톤에 달한다. 따라서 반도체 수요는 전 세계 몰리브덴 시장에서 극히 사소한 비중을 차지할 뿐이다. 광산 업체 주가를 NAND 테마와 연결시키는 것은 인과관계가 성립하지 않는다.
이처럼 ‘텅스텐 퇴출, 몰리브덴 진입’이라는 테마의 진정한 중심은 SK하이닉스의 375층 제품이 단순한 출발점일 뿐이며, 실제 영향 범위는 NAND, DRAM, 소재 등 세 가지 주요 카테고리에 걸쳐 있다. 이 금속 교체 과정에서 가장 확실한 수혜는 도구와 소재를 공급하는 업체들이며, 몰리브덴을 사용하는 메모리 제조사는 성능 면에서의 혜택을 얻을 뿐 평가절상 수혜는 거의 없다. 금속 원재료 측면에서는 거의 아무런 수혜가 없다.
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