‘반도체의 봄’ 기다리며…삼성전자, 업계 최초 12나노 D램 양산

SK하이닉스도 연내 양산 계획…마이크론은 ‘13나노’ 개발 성공
20나노 낸드는 적층 경쟁…일본, 총리까지 나서 투자 유치 분주

삼성전자가 양산을 시작한 12나노급 16Gb(기가비트) DDR5 D램. 삼성전자 제공

삼성전자가 업계 최초로 회로 선폭이 12나노(㎚·10억분의 1m)급인 D램 반도체 양산을 시작했다. 지난해 12월 개발에 성공한 지 5개월 만에 양산에 들어가면서 SK하이닉스 등 경쟁사보다 한발 앞서 ‘12나노대’에 진입했다.

경쟁사들도 이미 12나노대 D램 기술 개발을 마쳤거나, 다음 세대 D램 투자에 나서는 등 삼성전자를 바짝 쫓고 있다. 삼성전자는 극자외선(EUV) 노광장비를 활용해 12나노급 16Gb(기가비트) DDR5 D램 양산을 개시했다고 18일 밝혔다. 기존 14나노였던 D램의 선폭을 1~2나노 더 줄이면서 생산성이 약 20% 향상됐다. 소비전력도 이전 세대 대비 23% 절약된다.

시스템 반도체와 달리 D램은 트랜지스터 외에도 ‘캐퍼시터(Capacitor)’라는 원통 모양의 전하 저장소가 필요해 선폭을 줄이는 데 한계가 있다. 원통(캐퍼시터) 안에 많은 전하를 저장할수록 저장능력이 뛰어난데, 선폭을 줄이면 원통의 바닥면적 등이 작아져 저장능력에 영향을 미치기 때문이다. 삼성전자는 선폭을 줄이면서도 캐퍼시터에 유전율(K·전하를 붙잡는 능력)이 높은 신소재를 적용해 캐퍼시터 용량을 키웠다고 설명했다.

D램 업계 1위 삼성전자가 초미세공정 기술에서 애를 먹는 동안 2~3위 업체인 SK하이닉스와 미국 마이크론은 삼성과의 격차를 크게 좁혔다. SK하이닉스는 12나노급 D램을 올해 중 양산할 계획이다. D램 단품 여러 개를 위로 쌓아 만드는 고대역폭메모리(HBM) 분야에서는 오히려 삼성을 앞선다는 평가도 받는다.

업계에서는 12~13나노 D램을 같은 세대(1b) 제품으로 분류하는데, 사실 1b를 가장 먼저 내놓은 건 삼성이 아니라 마이크론이었다. 마이크론은 지난해 심자외선(DUV) 노광장비를 활용해 13나노 D램 개발에 성공했다.

업계 관계자는 “2020년 이전만 해도 삼성전자가 D램에 있어 경쟁사보다 최소 수개월 앞섰다는 평가를 받았지만, 이제는 거의 비슷해졌다”고 말했다.

낸드플래시는 경쟁이 더 치열하다. 낸드는 20나노급에서 미세공정 경쟁을 멈추고 위로 쌓는 3차원(D) 적층경쟁을 벌이고 있다. 3D 낸드는 낸드 점유율 1위 삼성이 처음 선보인 기술이지만, 200단을 먼저 쌓은 건 중국 YMTC(점유율 6위·232단), 마이크론(5위·232단) 등이다. 이후 삼성이 236단 낸드를 공개했지만, SK하이닉스(3위)는 이보다 더 높은 238단 개발에 성공했다고 밝혔다.

이런 가운데 기시다 후미오 일본 총리는 이날 경계현 삼성전자 DS부문장(사장), 산제이 메흐로트라 마이크론 최고경영자(CEO) 등 반도체 기업 대표들과 만나 일본에 대한 투자를 요청했다.

메흐로트라 CEO는 마이크론의 히로시마 공장에 최대 5000억엔(약 5조원)을 투자해 최첨단 설비를 도입하겠다고 화답했다. 앞서 삼성전자는 300억엔(약 3000억원) 이상을 투자해 요코하마에 첨단 반도체 디바이스 시제품 라인을 만들기로 했다는 일본 매체 보도가 나왔다.

이재덕 기자 duk@kyunghyang.com