SK하이닉스는 지난 연말 있었던 2024 임원 인사에서 ‘기반기술센터’ 조직을 신설하고 센터 산하 소재개발 담당 길덕신 연구위원을 수석 연구위원으로 승진시켰다.

반도체 소재는 최근 제품 개발 및 생산 전 과정에서 많은 역할을 하고 있다. 기술 혁신의 키(Key)로 평가 받으며, 원가 경쟁력 확보와 탄소 배출 저감을 위해서도 소재는 그 중요성이 커지고 있다.

길 부사장은 1999년 입사 후 ‘소재 혁신’이라는 한 길만 걸으며 이 분야 경쟁력 강화를 위해 다방면으로 기여해왔다. 특히, 지난 2023년에는 100% 해외 수입에 의존했던 EUV PR*을 국산화하는 데 성공, 그 공적을 인정받으며 ‘SUPEX추구상*’을 받기도 했다. 높은 전문성을 바탕으로 소재 개발을 진두지휘해온 그는 앞으로 신규 기술 개발을 통해 원가 경쟁력을 높이고, 소재 수급 관련 리스크에 선제적으로 대응할 계획이라고 밝혔다.

뉴스룸은 길 부사장을 만나 반도체 산업에서 소재가 맡게 될 역할과 기술 혁신을 이루기 위한 비전에 관해 이야기를 나누었다.

선행 기술부터 양산 기술까지 아울러, 소재 기반의 통합 혁신 이루는 것이 목표

“이번에 승진하면서 소재에 대한 경험과 역량을 인정받았다는 생각에 매우 기쁘고 자랑스럽습니다. 한편으로는 이 분야에서 더 큰 혁신을 이끌어내야 한다는 사명감에 어깨가 무겁기도 합니다. 앞으로 기반기술센터가 선행 기술과 양산 기술을 아울러 시너지를 내는 데 소재개발 담당이 큰 역할을 할 수 있도록 신규 소재를 지속적으로 개발해 나갈 계획입니다.”

길 부사장은 “소재개발 담당은 선행 기술을 개발하는 단계는 물론 제조 과정에서 쓰이는 소재 개발을 총괄하면서 전체 연구 개발을 통합적으로 지원하고 관리하고 있다”고 조직을 소개했다.

이어 그는 ‘소재 주도의 혁신’이라는 목표를 강조했다.

“과거 소재는 공정의 특성을 개선하는 보조적인 역할에 머물러왔습니다. 하지만 최근 소재의 혁신이 UPH(Unit Per Hour, 라인에서 1시간당 생산하는 제품의 수량) 개선 또는 공정 재정비를 통한 투자비 절감 등에 큰 기여를 하며 D램과 낸드 제품의 생산성과 원가 경쟁력을 높이는 데도 직접적인 영향을 미치고 있습니다. 이러한 기술력을 바탕으로 ‘소재 주도의 통합 혁신’을 이루는 것이 저의 목표입니다.”

안정적인 소재 생태계 구축으로 리스크 최소화에 기여

길 부사장은 자신의 경력 중 가장 의미 있는 성과로 ‘EUV PR 국산화 성공(2023년)’을 꼽았다. 그는 “4~5년 전 외산에만 의존해오던 소재를 공급받지 못해 한때 위기를 맞았지만, 회사가 발빠르게 대처함으로써 오히려 전화위복이 되었다”고 말했다.

길 부사장은 2021년부터 SK그룹 멤버사인 SK머티리얼즈 퍼포먼스와 협업해 반도체 공정 필수 소재인 EUV PR을 국산화하며 소재 수급 정상화에 기여했다. 그는 “이 때의 성공으로 여러 신규 소재를 개발하는 데 큰 자신감을 얻었다”고 밝혔다.

길 부사장은 당시의 어려움을 반면교사 삼아 ‘소재 리스크 관리 시스템(material Risk Index, mRI)’을 구축했다. 이는 모든 리스크에 대응하기 위해 소재별로 위험도를 산출하고 별도로 관리하는 시스템이다. 또 길 부사장은 협력사와 함께 ‘고위험 소재 대응 상생협의체’도 운영 중이다.

“반도체 소재는 기술 구현뿐만 아니라 장비 가동 등 양산 공정에도 결정적인 영향을 미치는 요소입니다. 국제 정세와 규제 등을 잘 살피며 불확실성을 줄이고 안정적인 소재 운영 생태계를 구축해 가겠습니다.”

더욱 커지는 소재의 중요성… 2024년 ‘소재 르네상스’ 원년 만들 것

길 부사장은 앞으로 반도체용 소재의 역할이 더욱 커질 것으로 내다봤다. 그는 “향후 소재가 성능 개선에 기여하는 것은 물론이고, 탄소 배출을 줄이며 인체에 무해한 특성을 지닌 방향으로 발전할 것”이라며 “이를 위해 새로운 대체 소재를 개발하기 위해 노력하고 있다”고 말했다.

이어 올해 개선된 신규 소재를 실제 기술에 더 많이 적용할 것이라고 길 부사장은 강조했다.

“각 기술 단계에서 필요로 하는 것들을 명확히 파악해 실용적이면서도 차별화된 솔루션을 적용해 나갈 계획입니다. 우리의 역할이 점점 더 중요해지는 만큼 앞으로 ‘소재 개발의 르네상스’를 이루어내도록 노력하겠습니다.”

마지막으로 길 부사장은 구성원들에게 감사의 뜻을 전하며, 앞으로도 끊임없이 한계에 도전하는 마음가짐을 가져달라고 당부했다.

“긍정적이고 희망적인 미래를 맞이하기 위해서는 자기 자신이 준비되어 있어야 합니다. 계속 도전하고, 여러번 경험하며 역량을 쌓으면 다시 한번 장밋빛 미래가 찾아올 거라고 봅니다. 구성원 모두 그런 꿈을 실현하는 올 한해가 되시길 바랍니다.”

▲ ‘SUPEX추구상’ 시상식에서 이노베이션상과 시너지상을 수상한 SK하이닉스 임직원들이 SK그룹 최태원 회장과 기념촬영을 하고 있다.

▲ ‘SUPEX추구상’ 시상식에서 이노베이션상과 시너지상을 수상한 SK하이닉스 임직원들이 SK그룹 최태원 회장과 기념촬영을 하고 있다.

“인간의 능력으로 도달할 수 있는 최고 수준(Super Excellent Level)인 ‘SUPEX’를 이루기 위해 끊임없이 도전해 혁신을 만들고 있습니다.”

SK그룹은 30일 서울 서린동 본사에서 그룹 내 여러 멤버사 구성원들이 참석한 가운데 ‘SUPEX추구상’ 시상식을 열었다. 이날 시상식에는 이노베이션(Innovation)상과 시너지(Synergy)상을 받은 SK하이닉스 임직원들이 참석해 수상의 영예를 안았다.

SUPEX추구상은 SK그룹 내 가장 권위 있는 상으로 새로운 도전을 두려워하지 않고, 혁신을 이뤄낸 멤버사 구성원들에게 수여된다.

먼저, 이노베이션상은 기술혁신을 통해 그룹 내 귀감이 되는 도전과 성과를 이뤄낸 사례에 주어지는 상으로, LPDDR5(Low Power Double Date Rate 5) 개발을 성공적으로 이끈 DRAM개발 이상권 부사장, 권언오 부사장(펠로우), 홍윤석 팀장, 조성권 팀장, 미래기술연구원 손윤익 팀장이 수상했다.

SK하이닉스는 2022년 11월 세계 최초로 모바일용 D램인 LPDDR에 HKMG(High-K Metal Gate)* 공정을 도입해 성공적으로 LPDDR5X*를 개발한 데[관련기사] 이어, 올해 1월 LPDDR5X보다 동작 속도가 13% 빨라진 LPDDR5T 개발에 성공했다.[관련기사] 과감한 도전으로 혁신을 이뤄낸 성과를 인정받은 것이다.

* HKMG 공정 : 유전율(K)이 높은 물질을 D램 트랜지스터 내부의 절연막에 사용해 누설 전류를 막고 정전용량(Capacitance)을 개선한 차세대 공정. 속도를 빠르게 하면서도 소모 전력을 줄일 수 있음. SK하이닉스는 2022년 11월 HKMG 공정을 모바일 D램에는 세계 최초로 도입했다.

* LPDDR5X는 이전 세대(LPDDR5) 대비 33% 향상된 동작 속도인 8.5Gbps 이면서도, 국제반도체표준협의기구(JEDEC, Joint Electron Device Engineering Council)가 정한 초저전압 범위인 1.01~1.12V에서 작동하면서 이전 세대 대비 소비전력을 25% 줄이는 데 성공했다.

또, 원팀(One Team)으로 함께 문제를 해결해 나가는 협업을 바탕으로 성과를 이룬 사례에 주어지는 시너지상은 SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스 임직원들이 공동으로 받았다. SK하이닉스에서는 반도체 공정의 핵심 소재인 EUV PR*의 국산화에 기여한 공적을 인정받은 EUV소재기술 김재현 부사장(펠로우), FAB원자재구매 윤홍성 부사장, 미래기술연구원 길덕신 부사장(펠로우), 손민석 팀장이 수상했다.

* EUV PR(Extreme Ultraviolet Photo Resist) : 극자외선 공정으로도 불리는 EUV 공정은 반도체를 만드는 데 있어 중요한 과정인 포토(노광) 공정에서 극자외선 파장의 광원을 사용하는 리소그래피(Lithography) 기술 또는 이를 활용한 제조공정을 말한다. EUV 공정에 사용되는 PR(Photo Resist)은 반도체 칩의 성능과 수율에 영향을 끼치는 핵심 소재

SK하이닉스는 그룹 멤버사인 SK머티리얼즈 퍼포먼스와 긴밀하게 협업해 EUV PR의 국산화를 이끌며 소재 수급 정상화를 이루고, 91%에 달하던 수입 의존도를 낮춘 공로를 인정받았다.

뉴스룸은 SUPEX추구상을 수상한 SK하이닉스 임직원들을 직접 만나 SUPEX를 이루기 위한 그들의 노력과 비하인드 스토리, 그리고 수상소감을 들어봤다.

새로움을 두려워 않는 도전 정신에서 혁신은 시작된다” – 이노베이션상

▲ SUPEX추구상 이노베이션상을 수상한 조성권 팀장, 홍윤석 팀장, 이상권 부사장, 손윤익 팀장, 권언오 부사장(펠로우)(좌측부터)이 인터뷰를 진행하고 있다.

“최근 SK하이닉스는 LPDDR뿐만 아니라 혁신을 이룬 다양한 제품들을 개발했습니다. 저희 LPDDR이 수상한 이노베이션상은 SK하이닉스가 이뤄낸 모든 혁신을 대표해서 받는 상이라고 생각합니다. 앞으로도 실패를 두려워하지 않는 도전 정신으로 끊임없는 혁신을 이뤄내겠습니다.”

▲ SK하이닉스의 모든 혁신들을 대표해 이노베이션상을 수상하는 것이라고 말하는 이상권 부사장(오른쪽)과 경청하고 있는 홍윤석 팀장

이상권 부사장은 이노베이션상 수상의 영광을 SK하이닉스 전 구성원에게 돌렸다. 그러면서도 자신들이 이룬 성과에 대해 자랑스러워하며 소감을 전했다.

“LPDDR5X와 LPDDR5T 등을 통해 이뤄낸 압도적인 혁신은 VWBE*와 적극적인 협업, 그리고 새로운 것을 두려워하지 않는 도전 정신 덕분에 가능했습니다. 당연히 구성원들의 뼈를 깎는 노력도 중요했습니다. 하지만 그중에서도 가장 중요한 것은 ‘더 이상 개선이 불가능할 정도로 압도적인 제품을 개발하겠다’는 구성원들의 SUPEX 정신이었다고 생각합니다.”

* VWBE : SK그룹 경영철학 중 하나로, 자발적(Voluntarily)이고 의욕적(Willingly)인 두뇌 활용(Brain Engagement)을 의미

▲ 권언오 부사장(펠로우)이 LPDDR5X와 LPDDR5T 개발 성공이 갖는 의미에 대해 설명하고 있다.

지난 개발 과정을 돌아보면, 시작부터 난관의 연속이었다. 기존의 방법으로는 획기적인 성능 향상이 어려웠기 때문이다. 권언오 부사장(펠로우)은 개발 초기 당시를 다음과 같이 회상했다.

“시장에서는 더 뛰어난 성능의 모바일용 D램에 대한 수요가 있었는데요. 더 작은 크기와 더 낮은 소비전력이 핵심인 LPDDR의 성능을 끌어올리기에는 어려움이 있었습니다. 기존 반도체 소자를 통한 미세화가 한계에 다다르고 있었기 때문입니다. 이러한 한계를 뛰어넘기 위해서 지금까지 시도하지 않았던 새로운 방법이 필요했고, HKMG 공정이 그 답이 될 수 있다고 생각했습니다. 어떻게 보면 큰 도전일 수 있었던 결정을 한 것입니다.”

▲ 구성원들이 보여준 SUPEX 정신 덕분에 SUPEX추구상을 수상할 수 있었다고 말하는 손윤익 팀장

손윤익 팀장은 다음과 같이 덧붙였다. “LPDDR에 HKMG 공정을 접목하는 것은 새로운 기술을 개발한다는 것보다는 패러다임을 바꾼다는 의미였기 때문에, 정말 큰 도전이었습니다. D램의 경우, 기술 개발이나 장비 투자 등에서 비용 증가에 대한 부담이 있었고, HKMG를 우리 제품에 최적화하기 위해서는 더 큰 노력이 필요했습니다. 물론, 구성원들의 자발적인 협업과 최고의 능력을 발휘하고자 하는 SUPEX 정신 덕분에 지금의 성과를 낼 수 있었다고 생각합니다.”

▲ 기술 혁신을 위한 구성원들의 자발적인 TFT 구성이 지금의 성과를 이루는 데 큰 도움이 됐다고 말하는 홍윤석 팀장

LPDDR 설계를 담당하는 홍윤석 팀장은 많은 어려움이 있었음에도 구성원들이 자발적으로 나서서 개발을 이끌었다는 점이 혁신의 원동력이었다고 설명했다. “새로운 시도에는 당연히 리스크가 따르게 마련인데요. 이를 최소화하기 위해 구성원들은 본격적인 개발을 시작하기 수개월 전부터 자발적으로 TFT(Task Force Team)를 구성했습니다. 누가 특별히 시킨 일이 아니었지만, 더욱 뛰어난 제품을 개발하고자 하는 도전 정신으로 철저히 준비했던 것입니다.”

조성권 팀장은 구성원들에게 감사의 인사를 건넸다. “우리가 지금의 성과를 이루기 위해 그동안 쌓아왔던 데이터나 발자취를 살펴보면 정말 많은 분이 함께 고민했다는 것을 알 수 있습니다. SUPEX추구상을 수상한 우리뿐 아니라, SK하이닉스의 전사 구성원들, 그리고 지금의 기술이 가능하게끔 길을 열어주신 수많은 선배님이 있었기에 현재의 성과도 존재한다고 생각합니다. SK하이닉스의 모든 분들에게 이 자리를 빌려 감사 인사를 드리고 싶습니다.”

위기를 기회로 바꾸는 ‘적극적인 협업’ – 시너지상

▲ SUPEX추구상 시너지상을 수상한 윤홍성 부사장, 김재현 부사장(펠로우), 길덕신 부사장(펠로우)(좌측부터)

“우리만 잘한다고 받을 수 있는 상이 아니기에 더욱 큰 의미가 있다고 생각합니다. 특히, SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스의 다양한 구성원들이 각각의 역할을 잘 해냈고, 이것이 모여 큰 성과를 냈다는 점에서 더욱 뜻깊은 상인 것 같습니다.” 김재현 부사장은 SUPEX추구상 시너지상 수상과 관련해 이와 같이 소감을 전했다.

소재 국산화가 필요했던 SK하이닉스와 반도체 소재 사업에 본격적으로 뛰어든 SK머티리얼즈 퍼포먼스는 서로에게 도움을 줄 수 있는 상황이었다. 양사는 협업을 통해 높은 품질의 EUV PR 개발에 성공했으며, 높은 수준으로 제품화했다. 양사의 협업을 통해 반도체 소재 수급에 대한 불안감을 해소했다는 점 등 공을 인정받아 양사는 시너지상을 수상한 것이다.

▲ 길덕신 부사장(펠로우)이 SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스의 협업 과정에 대해 설명하고 있다.

길덕신 부사장은 양사 협업 과정에서 나타난 시너지 효과를 강조했다.

“SK머티리얼즈 퍼포먼스는 새롭게 EUV PR 시장에 진출한 후발주자인 만큼 기술 개발에 더욱 많은 노력이 필요했습니다. SK하이닉스와 SK머티리얼즈 퍼포먼스는 적극적인 협업을 통해 다양한 아이디어를 공유했고, 비약적인 기술력 향상을 이뤄냈습니다.”

▲ 반도체 소재 국산화와 내재화의 중요성에 대해 강조하고 있는 윤홍성 부사장

윤홍성 부사장은 앞으로도 멤버사 간의 협업을 통해 더 많은 것을 이룰 수 있을 것이라는 전망을 내놓았다.

“당사는 원자재 및 소재의 국산화와 내재화에 대한 필요성을 절실히 느꼈고, 이러한 절실함 덕분에 지금의 성과를 낼 수 있었던 것 같습니다. 이번 성과는 안정적으로 소재를 공급할 수 있다는 이슈를 넘어, 원가 절감 효과도 기대할 수 있기 때문에 더욱 큰 의미가 있다고 생각합니다. 이제 시작입니다. 앞으로도 해외 의존도가 높았던 품목들을 국산화 및 내재화함으로써 건전한 경쟁 체제를 구축하고, 더욱 경쟁력 있는 제품을 공급받아 생산할 수 있는 체계를 만들도록 적극적인 협업이 필요하다고 생각합니다.”

▲ SUPEX추구상 시너지상의 의미를 잊지 않고 더욱 적극적인 협업을 펼쳐야 한다고 설명하는 김재현 부사장(펠로우)

김재현 부사장은 “서로의 의견을 적극 수용하는 협업을 통해 우리는 위기를 새로운 기회를 만들었다”며 “이번에 수상한 시너지상의 의미를 잊지 않고 적극적으로 협업을 이어가 제품 생산 단계에서의 원가 경쟁력을 제고하는 등 SUPEX를 추구하기 위한 노력을 이어가겠다”고 소감을 전했다.

마지막으로 손민석 팀장은 “반도체 강국에서 소재 강국까지 함께 이루어내는 날을 꿈꾼다”고 말했다.

반도체는 주로 전기 자동차나 에너지 산업에 사용된다는 사실, 다들 알고 계시죠? 최근 기존 ‘실리콘 반도체’보다 더 발전한 개념인 ‘실리콘 카바이드 반도체(SiC)’가 새로운 이슈로 떠오르고 있습니다. SiC는 고 전압, 고 전류, 고온에서도 동작이 가능한 것이 특징인데요. 앞으로 SiC 반도체 시장은 연 평균 36.7%씩 성장을 거듭해 2020년까지 약 10억 9500억만달러 규모에 이를 전망입니다. 떠오르는 차세대 반도체 SIC를 광운대학교 구상모 교수님과 함께 자세히 알아보는 시간을 갖도록 하겠습니다.

에너지 블루오션, 떠오르고 있는 차세대 반도체 소재 SiC

▲ 광운대학교 구상모 교수님

Q. 안녕하세요. 구상모 교수님! SK 하이닉스 독자들에게 간단한 자기 소개 부탁 드립니다.

영하이라이터 독자 여러분 반갑습니다. 저는 현재 광운대학교 전자재료공학 교수로 재직하고 있으며 SiC 전력반도체 소자 제작과 시뮬레이션 및 측정 분석 및 연구를 하고 있습니다.

Q. 최근 에너지 산업에서 전력 반도체를 이용한다는 이야기가 많은데요, 전력 반도체가 무엇인지 왜 이슈가 되는지 알고 싶어요.

우리가 사용하는 모든 전자제품은 ‘전력’을 소비하게 되어있습니다. 전력이란 것은 ‘전압’과 ‘전류’의 상관관계에서 출력되는 단위이고 시간에 따른 손실 등에 따라 결정 됩니다. 이 때 전력의 변환, 전송에서 손실을 줄이거나, 고 전압, 대 전류, 고 주파수에서 사용하는 반도체를 ‘전력 반도체’라고 합니다. 전력반도체를 전자제품에 사용하게 되면 전력을 얻기 위한 과정에 필요한 에너지 손실을 줄일 수 있는 효과가 나타납니다. 기존의 실리콘 기반의 반도체는 고 전압, 대 전류에서 사용될 수 없기 때문에 여기에 적합한 전력반도체가 이슈가 되고 있는 것입니다.

Q. 대표적인 반도체 물질인 Si와 비교했을 때 SiC의 물리적 특성이 갖고 있는 장점이 무엇인가요?

SiC의 장점은 크게 세 가지로 볼 수 있습니다. 먼저 SiC는 Si에 비해 에너지 밴드 갭이 1.1/3.2eV로 무려 3배나 넓습니다. 밴드 갭이 넓게 되면 실리콘의 경우 높은 온도에서 반도체 성질을 잃어버리게 되지만 SiC 반도체는 온도에 상관 없이 반도체 성질이 유지됩니다. 또한 절연파괴전계가 10배 정도 높아지는데, 이는 높은 전압을 걸어 주어도 반도체에 문제가 생기지 않고 적절하게 동작을 하게 합니다. 마지막으로 열전도도가 3배나 높다는 장점이 있습니다. 열이 높을 경우에 열을 냉각 시켜 주어야 하는데, SiC는 상대적으로 열전도율이 높기 때문에 Si보다 적은 에너지를 사용하여 냉각 할 수 있는 것이죠.

Q. 그렇다면 SiC의 이러한 물리적 특성이 전력반도체에서 필요한 이유가 무엇인가요?

앞에서 언급한 SiC가 가진 세가지 물리적 특성은 고온, 고전압에서 강점을 갖고 있다는 것인데요. 이러한 장점들을 가장 필요로 하는 분야가 바로 전력반도체산업이기 때문입니다.

▲ 다양한 반도체 재료가 가진 직첩천이, 간접천이 특성을 보여주는 그림 (출처 : 웹스페이스)

Q. 전력반도체에 적합한 물질로는 SiC외에도 다양한 재료들이 있는데, 이 중에서 차세대 물질로 SiC가 대표적인 관심을 받고 있는 이유가 무엇인가요?

최근 전력 반도체에 관심을 받고 있는 재료가 ‘SiC’와 ‘GaN’ 이 두 가지입니다. 이 재료들이 가진 물리적 특성은 비슷하지만 이 중에서도 SiC가 주목을 받는 이유는 같은 물리적 특성을 지니고 있더라도 GaN은 ‘직접천이 반도체’이고 SiC는 ‘간접천이 반도체’이라는 점 때문입니다. 직첩천이 반도체는 전력 반도체보다 빛을 통한 소자에 사용하기에 더 적합한 특징을 가지고 있는데요. 현재 사용되고 있는 Si와 동일하게 사용하기에 적합한 간접천이 형태인 SiC가 더 화제 되고 있는 것입니다.

Q. 이외에도 다른 재료와 비교해서 SiC만이 가진 차별화된 장점은 무엇 인가요?

SiC는 실리콘이 포함된 재료이기 때문에 다른 물질에 비해서 Si와 비슷합니다. 그렇기 때문에 Si 반도체를 만들 때 사용하는 공정들을 이용해서 SiC 전력반도체를 제작 할 수 있게 됩니다. 공정을 완전히 바꾸는 것이 아니라 특성에 맞추어 변화시킨 공정을 그대로 활용할 수 있다는 것이죠.

전기 자동차 대중화를 선도하는 SIC 전력반도체

Q. SiC전력 반도체가 전기 자동차 산업에 어떻게 쓰이는 건가요?

고온, 고전압에서 사용할 수 있는 SiC 전력반도체는 전기 자동차 산업에서 더욱 효과적으로 사용되는데요.

자동차 한 대에는 배터리, 제너레이터, 엔진, 모터 등의 다양한 부품이 필요합니다. 전력 반도체는 이러한 모든 부품의 상호작용 기능을 컨트롤 하는 ‘PCU(Power Control Unit)’에 사용되는데요. SiC 전력 반도체가 전기 자동차 산업에 구체적으로 어떻게 사용 되는지는 하단의 동영상을 참고해 보시면 이해하는 데 도움이 될 것 같습니다.