中 CXMT, 고유전율 D램 소재 양산 적용...삼성·SK '맹추격'

테크인사이츠 분석…"CXMT, LPDDR5X에 'High-k' 성공적 도입"

(지디넷코리아=장경윤 기자)D램 업계 후발주자인 중국 창신메모리(CXMT)의 기술 추격이 거세다. 기존 메모리 선두업체들의 전유물처럼 여겨지던 고유전율(High-k) 소재를 최신 D램 제품에 성공적으로 양산 적용한 것으로 확인됐다. 이에 삼성전자·SK하이닉스 등은 초격차를 통한 경쟁력 우위를 위해 4F스퀘어, 3D D램 등 차세대 구조 개발에 박차를 가하고 있다.

최정동 테크인사이츠 수석부사장은 27일 메모리 산업 동향 웨비나에서 최첨단 D램 기술 개발 로드맵에 대해 이같이 밝혔다. 테크인사이츠는 반도체 전문 분석기관이다.

CXMT가 개발한 LPDDR5 제품 이미지(사진=CXMT 홈페이지 갈무리)

中, 고성능 D램 소재 'High-k'도 본격 도입…선두 업체 맹추격

글로벌 D램 시장은 국내 삼성전자, SK하이닉스와 미국 마이크론 등 소위 빅3 기업이 주도해 왔다. 이들 기업은 12나노미터(nm)급 D램 및 고대역폭메모리(HBM) 상용화로 AI용 고부가 메모리 출하량을 적극 늘리는 추세다.

그러나 중국 기업들의 추격도 거세다. 현재 중국 최대 D램 제조업체인 CXMT는 G4(16나노급) 공정을 기반으로 DDR5 및 LPDDR5 제품 상용화에 성공한 상황이다.

최근에는 D램 내 트랜지스터에 기존 선두업체들만 적용하던 고성능 소재도 활용하기 시작한 것으로 나타났다. 최 부사장은 "중요한 점은 당사 조사 결과 CXMT가 G4 공정 및 LPDDR5X 제품에 High-k 메탈 게이트(HKMG) 기술을 성공적으로 도입했다는 것"이라고 강조했다.

High-k는 회로 간 누설 전류를 막는 절연막에 쓰이는 소재다. 동일한 전압에서 더 많은 전하(전자의 흐름)을 저장할 수 있어, 기존 절연막 소재(실리콘산화물, SiO2) 대비 초미세 공정을 구현하는 데 용이하다. 때문에 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론은 4~5년 전부터 이 소재를 도입하고 있다.

HBM 기술 역시 고도화하고 있다. 현재 CXMT는 G3(18나노급) 공정을 사용해 HBM2E(3세대 HBM)의 리스크 양산(초도생산) 단계에 진입한 것으로 알려졌다. G4 공정 기반의 HBM3는 샘플링을 진행 중이다.

최 부사장은 "CXMT는 선두업체보다 약 2세대 정도 기술이 뒤쳐져 있으나, 더 높은 성능의 메모리 솔루션을 향해 HBM 로드맵을 꾸준히 발전시키고 있다"며 "G5(15나노급) D램 공정도 개발되고 있다"고 평가했다.

셀 크기에 따른 D램 구조(사진=엘피다)

D램 3강, 4F스퀘어·3D D램으로 기술 변혁 시도 

삼성전자, SK하이닉스, 마이크론은 10나노미터 미만의 차차세대 D램(D0A) 개발로 기술 초격차를 꾀하고 있다. 특히 기존 D램의 구조를 바꾼 4F스퀘어, 3D D램을 가장 유력한 후보로 보고 있다.

최 부사장은 "현재 당사 평가로는 삼성전자와 SK하이닉스는 4F스퀘어 D램을 추진할 가능성이 높다"며 "반면 마이크론은 3D D램으로 바로 이동할 가능성이 더 높아 보인다"고 말했다.

4F스퀘어 D램은 메모리 셀(데이터를 저장하는 최소 단위)의 구조를 기존 수평이 아닌 수직으로 배치하는 차세대 D램이다. 스퀘어란, 셀 내 트랜지스터에 전압을 인가하는 구성 요소가 얼마나 큰 면적을 갖고 있는지 나타내는 척도다.

기존 D램은 6F스퀘어 구조를 갖추고 있다. 셀 면적이 줄어들수록 D램의 집적도가 높아져, 데이터 처리 성능 및 전력 효율성을 향상시킬 수 있다. 업계가 4F스퀘어 구조에 주목하는 이유다.

3D D램은 비트라인 혹은 워드라인을 세워, 기존 수평으로 집적되던 셀을 수직으로 적층하는 기술이다. 비트라인과 워드라인은 셀 내 트랜지스터를 동작하게 하는 구성 요소다. 3D D램 구조에서는 같은 면적에 더 많은 셀을 넣을 수 있고, 트랜지스터 간격이 넓어져 간섭 현상도 줄어든다.

다만 3D D램은 새로운 소재와 본딩 기술을 도입해야 하는 등 4F스퀘어 대비 기술적 난이도가 높다고 평가받는다.

최 부사장은 "3D D램은 여전히 기술적으로 매우 도전적인 과제로, D0A에서 상용화되기에는 상당한 공정 복잡성과 수율 문제를 야기한다"며 "이러한 이유로 4F스퀘어 D램이 D0A 세대에서 보다 실용적인 후보로 떠오르고 있다"고 설명했다.

장경윤 기자(jkyoon@zdnet.co.kr)