[딜사이트 김가영 기자] 반도체 집적도가 한계에 도달하면서 새로운 기술 개발과 더불어 산업 생태계 구성원이 활발히 소통하며 협력을 늘려야 한다는 주장이 나왔다. 반도체 제조사를 비롯해 소재, 부품, 장비 업체와 학계, 연구기관의 연계 사업이 진행되어야 반도체의 기술적 난제를 극복할 수 있다는 설명이다. 

김춘환 SK하이닉스 부사장은 31일 서울시 강남구 코엑스에서 개최된 '세미콘 코리아 2024'에 참석하고 '반도체 집적도 한계를 극복하기 위한 기술 동향 변화'라는 주제로 기조연설을 진행하며 이와 같이 밝혔다. 김 부사장은 "인공지능(AI)시대가 도래하면서 데이터를 효율적으로 저장하고 처리하기 위한 고성능 메모리 반도체가 요구되고 있다"며 "현재의 기술적 한계를 해결하기 위해서는 생태계 구성원이 모두 협력해 전방위적으로 노력해야 한다"고 말했다.

디램은 평면에 셀이 배치된 2D 구조다. 그동안 셀 크기를 줄이는 방식으로 제품이 발전했지만, 공정 선폭이 작아지면서 셀 면적 축소도 한계에 부딪혔다. 반도체 제조사들은 집적도 문제를 해결하기 위해 기존 2D 구조 내에서 반도체 기술을 고도화하는 것 외에도 게이트를 수직으로 세우는 '버티컬 게이트(Vertical Gate)'와 수평으로 눕혀 위로 쌓아 올리거나, 셀 구조를 2단으로 쌓는 '3D 디램' 등의 신기술이 제시되고 있다.

업계에서 주목하는 것은 3D 디램이다. 다만 김 부사장은 "3D 디램은 많은 업체들이 개발하고 있지만 새로운 장비와 소재, 공정개발에 시간이 필요하고 많은 투자비가 들 것으로 예상된다"고 설명했다.

김 부사장은 반도체 패키징이 집적도 문제를 해결해줄 수 있는 또 다른 방법이라고 설명했다. 대표적인 게 하이브리드 본딩이다. 이 기술은 웨이퍼 상·하를 구리로 직접 연결하는 기술로, 패키지 두께를 최소화할 수 있다. 그러나 아직까지 상용화된 사례가 없다. SK하이닉스는 2026년 양산 예정이 HBM4부터 하이브리드 본딩 적용을 검토하고 있는데 400단급 낸드플래시에도 적용하겠다는 입장이다.

다만 이처럼 반도체 제조사가 자체적으로 신기술을 개발하는 데 한계가 있기 때문에 기술 고도화를 위해서는 소재, 부품, 장비 기업들과 학계 및 연구기관들의 연계도 중요하다고 강조했다. 

김 부사장은 "차세대 HBM과 D램, 낸드 분야에서 하이브리드 본딩이 게임 체인저로 급부상하고 있다"며 "3D 낸드 400단급 제품에서 웨이퍼 본딩 기술을 채택해 경제성을 만족하고 양산에 유리한 차세대 플랫폼을 개발하고 있다"고 말했다. 이어 "SK하이닉스는 개방형 연구조직인 '오픈 리서치 플랫폼'을 구축해 외부와의 파트너십을 바탕으로 한 미래 반도체 개발에 나서고 있다"며 "메모리 제조사의 연구 인프라를 활용해 다양한 분야의 전문가와 기업, 학계가 소통할 수 있다는 장점이 있다"고 말했다.