반도체용 특수가스인 디보란(B2H6, Diborane)이 수급 불안 지속 및 반도체 메이커들의 수요 증가에 따라 해외 수입 유통뿐 아니라 국내 생산도 지속 증가하고 있다.

에어리퀴드 어드밴스드 머티리얼즈 코리아(ALAM Korea, Air Liquide Advanced Materials Korea)는 최근 세종시 전의 산단에 반도체 특수가스 공장을 신설한다고 밝힌 바 있다.

약 8,000만달러, 우리 돈으로 약 1,010억원을 투자하는 이번 공장 신설은 사실 예전부터 예정된 것으로 디보란(B2H6)을 생산하기 위해 투입된다.
 
에어리퀴드는 이번 투자를 통해 연간 약 10톤 정도의 디보란을 생산할 것으로 전해졌다.

디보란은 반도체 및 태양광 도핑 공정에서 사용되는 핵심 가스로 다양한 반도체 블랭킷 및 적층 증착 공정에서 in-situ 방식의 도핑 물질로 사용된다.

아르신, 포스핀이 주로 n형 반도체에 사용되는 반면 디보란은 p형 반도체에 많이 사용되고 있다.

디보란은 과거 수십 년 전부터 반도체 공정에 사용돼 왔으나 물량이 많지 않았고, 폭발 위험이 높고, 특히 실온에서 빠르게 분해돼 다양한 보란합성물을 생성하기 때문에 경시 변화가 심해서 품질 관리와 취급이 어려워 몇몇 특수가스 전문 회사만이 취급해 왔다.

이런 디보란이 최근 국내 생산을 늘리는 이유는 반도체 낸드(NAND) 공정에서 대폭 사용이 증가할 것이라는 전망 때문이다.

업계에 따르면 3D 낸드 단수가 상상을 초월할 정도로 높아지면서 텅스텐(W) 증착에 어려움이 있는 것으로 전해지고 있다.

낸드에는 ONO(Oxide-Nitride-Oxide) 층을 배치하고, wet 에칭으로 Nitride를 제거하고, 텅스텐을 채우는 공정이 있는데 128단까지는 문제가 없었으나 176단, 200단이 넘어가면서 텅스텐 증착 문제가 심화되고 있으며, 이를 해결하기 위한 소재로 디보란이 필요한 것으로 알려지고 있다.

디보란이 텅스텐 레이어 접합에 사용되는 것이다.

이에 3D 낸드 층수가 더욱 높아지고, 초고층의 3D 낸드 생산량이 많아질수록 디보란의 사용량은 기하급수적으로 늘어나는 것이다.

국내에서는 기존에 한국메티슨특수가스에서만 국내에서 합성 생산해 왔다.

메티슨특수가스는 충남 아산 공장에서 100% Pure 가스 기준으로 연간 약 1톤 정도 생산하는 것으로 알려져 있다. 현재 2배 증설을 위한 투자를 진행하고 있는 것으로 전해지고 있다.

100% Pure 가스는 TEMC에서도 준비하고 있다. TEMC는 현재 300㎏의 디자인 캐파를 갖춘 생산시설을 마련했으나 실제 가동을 한 적이 없어 정확한 생산 캐파를 파악할 수는 없다.
 
반도체용으로는 100% 디보란이 판매되는 경우는 거의 없고 대부분 0.5%의 혼합가스로 충전돼 공급된다.

현재 한국메티슨특수가스가 연간 60톤의 규모로 0.5% 디보란 혼합가스를 생산 공급하고 있다.

TEMC, 원익머트리얼즈, 스미토모, DIG에어가스, 에어리퀴드 등이 신규 시설을 준비 중이다.

디보란의 국내 수입도 지속 증가하고 있다.

2019년 5만2,216㎏을 기록한 이후 코로나 팬데믹 기간인 2020년에 4만1,635㎏, 2021년에 4만8,913㎏을 기록했고, 2022년에는 7만7,672㎏으로 급증했다.

올해도 3D 낸드 단수 증가에 맞춰 수입이 증가할 것으로 예상된다.
  업계 관계자들은 2년 전 코로나 팬데믹 기간에 상당한 숏티지 상황을 겪었는데, 이제는 당시 상황보다 더 많은 수요 증가에 직면했다며 해외 수입과 더불어 국내 생산 확대로 향후 시장이 크게 확대 될 것으로 기대한다고 전했다.