이 기사는 2024년 10월 24일 16:05 thebell 에 표출된 기사입니다.

삼성전자, SK하이닉스 등 메모리 반도체 기업들이 4F스퀘어 D램과 3D D램 개발에 속도를 내고 있다. 10nm 이하 D램에서 대두될 것으로 예상되는 스케일링 한계를 극복하기 위해서다.

특히 고대역폭메모리(HBM) 시장에서 경쟁사에 뒤진 삼성전자는 자사 파운드리 기술을 이용해 4F스퀘어 D램과 3D D램 개발에 총력을 기울이고 있다. 향후 차세대 D램에 게이트올어라운드(GAA) 기술이 적용될 수 있다는 전망도 나오는 상황이다. 파운드리를 보유한 삼성전자가 차세대 D램 시장에서는 승기를 잡을 수 있다는 관측도 나온다.

이원석 삼성전자 테크니컬리더(TL)는 24일 서울 강남구 코엑스에서 반도체대전(SEDEX 2024) 부대행사로 열린 '반도체 산학연 교류 워크샵'에서 "다양한 가능성을 열어두고 (4F스퀘어 D램을) 개발 중"이라며 "(4F스퀘어를) 더블게이트 형태로 만들게 되면 GAA 구조로 스택을 하는 방식으로 반도체를 만들게 될 것"이라고 말했다.

4F스퀘어는 최근 메모리 업계에서 연구되고 있는 셀 어레이 구조다. 트랜지스터를 기존 수평에서 수직으로 변경시킨 형태의 D램으로 업계에선 3D D램의 일종으로 보기도 한다. 삼성전자에선 버티컬 채널 트랜지스터(VCT), SK하이닉스에선 버티컬 게이트(VG)라고 부른다. 메모리 반도체 기업들이 4F스퀘어 D램을 개발하는 이유는 D램의 스케일링 한계를 극복하기 위해서다. 4F스퀘어 D램의 경우 6F스퀘어 D램 대비 다이 면적을 30%가량 줄일 수 있다. 이를 통해 교란성, 간섭성 등 불량을 개선할 수 있다.


삼성전자는 현재 싱글게이트 형태의 4F스퀘어 D램뿐 아니라 더블게이트, 이너게이트 형태의 4F스퀘어 D램도 개발 중이다. 더블게이트는 GAA 기술을 적용한 4F스퀘어 D램이다. 메모리 반도체 기업 중 유일하게 GAA 기술을 보유하고 있는 만큼, 차세대 D램 개발에서 유리한 고지를 점령할 확률이 높다.

이 TL은 4F스퀘어 D램의 구체적인 양산 시기에 대한 언급은 피했다. 그는 "현재 D램 양산에 6F스퀘어 구조가 오랫동안 사용돼 왔다"며 "물리적으로 봤을 때 몇 세대가 지나면 (6F스퀘어 D램의) 스케일링이 어렵게 될 것"이라고 설명했다. 이어 "이를 대체할 수 있는 것은 4F스퀘어와 버티컬 스택 D램(3D D램) 두 가지 방향이 있다"고 부연했다.

이 TL이 언급한 버티컬 스택 D램은, D램 셀을 낸드처럼 수직으로 적층하는 컨셉이다. 기존 D램 구조와 비교해 셀을 더 많이 넣을 수 있고, 전류 간섭 현상이 적다는 특징이 있다. 업계에선 D램 셀을 수직 적층하는 형태의 3D D램이 2030년 이후 양산될 것으로 전망하고 있다.

이 TL은 CXMT가 개발 중인 2T0C 형태의 3D D램에 대해서는 회의적인 입장을 밝혔다. 그는 "2T0C의 경우 중국 (CXMT 등) 업체들이 극자외선(EUV) 장비 사용 제한을 돌파하기 위해 연구 중인 기술"이라며 "(하지만 트랜지스터의 사이즈가 너무 커) 현재 D램 세대에는 적용할 수 있지만, 차세대 D램에 적용하기는 쉽지 않을 것"이라고 했다.

2T0C 3D D램은 2개의 트랜지스터만으로 메모리 셀을 만드는 컨셉이다. 기존 D램 셀은 트랜지스터 1개, 커패시터 1개로 이뤄진다. CXMT가 개발 중인 기술이다. 업계에선 CXMT가 미국의 반도체 장비 및 기술 수출 통제에 대응하기 위해서 2T0C 형태의 3D D램을 연구 중인 것으로 보고 있다.