[세미콘 코리아2022]삼성 "시스템 반도체에도 3D 적층기술 도입될 것"

세미콘코리아 2022에는 차세대 시스템 반도체 공정과 관련한 미래 기술 트렌드도 소개됐다. 공정 분야 노드 발전에 발전에 맞춰 '게이트올어라운드(GAA)'와 같은 트랜지스터 구조변화와 함께 시스템 반도체에서도 적층 기술이 공정 한계를 극복할 대안으로 떠오를 것으로 전망됐다.

김형섭 삼성전자 반도체 연구소장(부사장)은 9일 코엑스에서 개막한 '세미콘 코리아 2022' 기조연설 첫 번째 발표에서 “GAA 공정 이어 3차원(D) 적층 제조 공정으로 만든 시스템 반도체로, 집적화(integration) 구조적 한계를 극복할 수 있을 것”이라고 전망했다.

3D 적층 구조는 반도체를 극자외선(EUV)으로 생산한 뒤 소자를 위로 쌓아 올리는 방식이다. 칩 적층으로 보다 많은 반도체를 집적하고, 공정 체계 복잡성을 줄이면서 전체 칩 면적, 소비 전력 효율화 등 반도체 성능을 개선할 수 있다는 장점이 있다. 메모리 반도체에는 이 기술이 일반화되어 있지만, 시스템 반도체에서는 아직 도입되지 않았다.

반도체 성능은 칩 안에 보다 많은 트랜지스터를 집적화하기 위한 기술 발전이 이뤄졌다. 그러나 구조적으로 수평 방식은 트랜지스터 크기를 줄이면서, 배선 간 접촉 간격이 줄어들어 전자가 누설되는 한계가 있었다. 업계에서는 3㎚ 이해 반도체 공정으로 미세화 한계를 극복하기 어려울 것으로 보고 있다.

3D 적층은 시스템 반도체 구조적 성능 한계를 극복할 수 있다. 삼성전자는 2013년 세계 최초로 양산한 수직 구조 낸드 3D V낸드와 유사하다. 삼성전자는 이를 통해 낸드 메모리 집적도를 크게 끌어 올렸다.

김 소장은 “3D 적층 구조가 GAA와 함께 이후 나노 시대를 이끌 것”이라고 전망했다. GAA는 반도체 업계를 공정 분야를 주도해온 핀펫 구조의 대안으로 꼽힌다. 삼성전자는 올해 3나노 공정에 적용할 기술이다. TSMC도 2나노 공정에 GAA를 적용할 것으로 알려졌다.

삼성전자는 칩 공정 개선뿐 반도체 제품 개발과 생태계를 강화하겠다고 밝혔다. 반도체 주력 제품인 D램 DDR5, 낸드 제품인 SSD 제품 교체는 연간 총 7TWh(테라와트시) 전력 사용을 줄이는 효과가 있다고 강조했다. 김 소장은 “반도체 기술 혁신이 50년간 이뤄졌다”며 “삼성은 에코 생태계를 구축해 협력 업계, 학계 등과 반도체 생태계 혁신 발전을 이루기 위해 노력하겠다”고 말했다.

김지웅기자 jw0316@etnews.com