[피스앤칩스]낸드 이어 D램도 '적층' 경쟁…삼성·하이닉스 HBM 단수 상향

네 단씩 D램 쌓아 올리는 HBM
12단 이어 16단 HBM 나온다

적층 단수 높일 제조 기술 눈길
삼성전자·SK하이닉스 경쟁 구도

최근 메모리 반도체 업계엔 새로운 적층 경쟁이 활발한 모습입니다. 기존엔 낸드플래시 분야에서 적층 경쟁이 두드러졌는데요, 이제는 D램 분야에서도 단수를 높이려는 시도가 늘고 있습니다. 인공지능(AI)용 메모리로 수요가 급증하고 있는 고대역폭메모리(HBM) 때문입니다.

HBM은 여러 개 D램을 수직으로 쌓은 뒤 연결해 데이터 처리 속도를 높인 고성능 D램 종류입니다. 2013년 처음 개발된 뒤 1세대(HBM)와 2세대(HBM2), 3세대(HBM2E), 4세대(HBM3), 5세대(HBM3E) 순으로 진화했죠. 현재는 D램 단품 칩을 12개 쌓은 HBM3E 12단 제품까지 나왔답니다.

메모리 업계는 그간 HBM 기술을 고도화하면서 제품 단수를 높여왔습니다. 4단, 8단, 12단으로 네 단씩 높이며 제품 용량을 늘려왔죠. 국제반도체표준화협의기구(JEDEC)가 정한 HBM 규격에 맞추기 위해선 네 단씩 쌓아 올려야 하다 보니 그렇게 됐다고 하네요.

최신 제품인 HBM3E의 경우 8단에 이어 12단 제품까지 나왔습니다. AI 시대에 접어들면서 데이터 처리량이 급증하고 있고, 이 과정에서 요구되는 메모리 과제가 많다 보니 성능뿐 아니라 용량 역시 늘어나야 한다고 합니다. HBM 시장에서 적층 경쟁이 점차 부각되는 이유입니다.

삼성전자는 지난 2월 업계 최대 용량인 36기가바이트(GB) 12단 HBM3E를 선보인 바 있습니다. SK하이닉스가 HBM 시장에서 두각을 보이는 가운데 주도권을 뺏기 위해 빠르게 신제품을 선보이며 속도전에 나선 겁니다. 최근엔 HBM3E 12단 제품을 2분기 내 양산하겠다고 밝히기도 했죠.

그러자 SK하이닉스도 HBM 로드맵 일정을 이달 수정했습니다. 내년에 공급하겠다고 밝힌 HBM3E 12단 제품을 3분기로 앞당겨 양산하겠단 계획을 밝힌 겁니다. 해당 제품 샘플을 당장 이달 고객에 제공하겠단 계획도 구체화했답니다.

[이미지출처=연합뉴스]

반도체 업계는 내년 이후 16단으로 쌓은 6세대 HBM4를 만날 수 있을 것으로 기대하고 있습니다. HBM 시장 내 경쟁 심화로 제품 출시 주기가 빨라지고 있는 만큼 지금보다 단수를 높인 HBM이 곧 나올 거라 보는 겁니다.

HBM 세대가 진화하고 단수도 높아지는 만큼 결국 기술 완성도를 높인 기업이 시장에서 왕관을 차지할 가능성이 큽니다. 이 과정에서 삼성전자와 SK하이닉스의 HBM 제조 방식 차이가 어떤 성과를 낼지 업계가 주목하고 있죠.

HBM은 D램을 쌓아 연결하는 과정에서 칩에 수천 개의 미세 구멍을 뚫어 전극으로 칩을 연결하는 실리콘관통전극(TSV) 공정을 거치는데요, 삼성전자는 칩 사이에 얇은 비전도성 필름(NCF)을 넣은 뒤 열로 압착하는 'TC-NCF' 방식으로 제품을 만들고 있습니다. SK하이닉스는 칩에 열을 가한 뒤 칩 사이에 액체 형태의 보호재를 주입해 굳히는 'MR-MUF' 방식을 선보이고 있죠.

시장에선 SK하이닉스가 MR-MUF 방식의 제조로 HBM 수율을 높이면서 제품 경쟁력을 끌어 올렸다는 평가가 나옵니다. 삼성전자는 HBM 단수가 높아질수록 휘어짐 문제가 있어 자사 제조 방식의 이점이 클 것이라며 자신감을 보이고 있죠. SK하이닉스는 MR-MUF 기술이 고단 적층에 적합하다며 해당 제조 방식으로 16단 HBM4를 선보이겠다고 예고한 상태입니다.

중장기적으론 양사가 새로운 제조 방식인 '하이브리드 본딩'을 채택할 가능성이 큽니다. 하이브리드 본딩은 칩과 칩 사이에 전기가 통하도록 두는 범프(전도성 돌기)를 없애고 바로 접합하는 것을 말하는데요, HBM 단수를 높일수록 필요한 방식이지만 기술 난도가 상당해 관련 연구가 활발히 진행되고 있다고 합니다. 향후 하이브리드 본딩 구현과 함께 펼쳐질 업계 경쟁에도 주목도가 높은 이유입니다.

편집자주현대 산업의 쌀로 불리는 반도체. 매일 듣는 용어이지만 막상 설명하려고 하면 도통 입이 떨어지지 않죠. 어렵기만 한 반도체 개념과 산업 전반의 흐름을 피스앤칩스에서 쉽게 떠먹여 드릴게요. 숟가락만 올려두시면 됩니다.

김평화 기자 peace@asiae.co.kr