96겹 적층 ‘3D 메모리’ 쓰임 폭 증가…특허출원도 활발

수직으로 메모리 셀들을 적층한 3D 메모리 기술의 도식화 자료. 특허청 제공

[아시아경제(대전) 정일웅 기자] 3D 메모리반도체 분야의 시장선점을 위한 특허출원이 활발하게 진행되고 있다. 3D 메모리는 최근 가격하락과 미국-중국 간 무역 갈등 심화로 인한 반도체 산업의 불확실성을 타계할 방안으로 떠오르기도 한다. 3D 메모리 분야에선 비휘발성 메모리 분야의 ‘3D 낸드플래시’, 휘발성 메모리 분야의 ‘광대역폭 메모리(HBM)’가 대표적 제품으로 꼽힌다.

6일 특허청에 따르면 3D 메모리는 반도체 소자를 수직으로 겹겹이 적층, 단위 면적당 저장용량을 극대화하는 제조공법으로 현재는 96층 3D 낸드플래시가 주로 양산되고 있다.

양산되는 3D 낸드플래시는 주로 대용량·고속처리가 요구되는 인공지능, 가상현실, 빅데이터 분야에서 이용된다. 3D 낸드플래시 세계 시장규모는 2016년 371억 달러에서 2021년 500억 달러 이상으로 성장할 것이라는 업계의 전망도 나온다.

3D 낸드플래시의 활용도와 시장의 외연확대는 관련 기술의 특허출원 증가로도 이어진다. 가령 2013년 이전에 연평균 150건 이하에 불과하던 3D 메모리 관련 출원건수는 2014년부터 해마다 300건 이상이 특허출원 되고 있는 것으로 집계됐다.

최근 5년간 출원인별 출원동향에선 내국인 출원이 전체의 78.6%(외국인 출원 21.4%)를 차지해 비교적 비중이 높은 것으로 파악됐다.

이는 삼성전자와 SK하이닉스 등 메모리 반도체 업계의 선도기업이 후발업체와의 기술 초격차를 유지하기 위해 관련 기술개발과 특허출원을 계속해 온 덕분으로 풀이된다.

출원인별 광대역폭 메모리(HBM) 특허출원 동향 그래프. 특허청 제공

광대역폭 메모리는 DRAM 여러 겹을 쌓은 후 실리콘 관통전극(TSV)으로 상호 연결한 ‘다층 메모리반도체’로 전력소모는 낮고 데이터 처리용량이 높은 장점을 갖는다. 또 GPU 등 시스템 반도체와 연결이 용이하다는 점에서 업계는 차세대 반도체 기술로도 주목한다.

광대역폭 메모리 분야의 특허출원도 3D 메모리 분야와 마찬가지로 국내 기업이 주도하는 분위기가 뚜렷하다. 실제 지난 5년간 출원된 광대역폭 메모리 관련 특허는 113건이며 이중 92건(81.4%)은 삼성전자와 SK하이닉스가 출원한 것으로 집계된다.

특허청 이동영 전자부품심사팀장은 “4차 산업혁명이 본격화되면서 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷 등에 필요한 고성능 메모리 수요는 앞으로도 계속 증가할 수밖에 없을 것”이라며 “경쟁국의 추격을 따돌리고 메모리반도체 세계 1위를 고수하기 위해선 3D 반도체 등 관련 연구개발을 지속할 필요가 있다“고 강조했다.