삼성전자 ‘10나노급 D램’ 양산케한 핵심기술 3가지

[이데일리 장종원 기자] 삼성전자(005930)가 최근 세계 최초로 10나노급 D램 양산에 들어갔다. sk하이닉스 마이크론 등 D램 시장 경쟁자들의 추격을 따돌리며 기술 우위를 드러냈다.

반도체산업 특히 D램 산업은 나노 단위로 치열한 경쟁을 벌인다. 초미세 공정이 심화될 수록 초고속·초절전에 가까워지고 생산성 역시 높아지기 때문이다. 10나노급 D램에선 하나의 웨이퍼에서 이전 제품(20나노 D램)보다 30% 이상 많은 1000개 이상의 칩이 생산된다.

결국 반도체 제조 공정의 관건은 ‘손톱만 한 칩에 나노 단위 회로를 설계하는’ 기술에 있다. 1나노는 10억 분의 1, 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준 크기다.

삼성전자 뉴스룸은 세계 최초 10나노급 D램 양산을 가능케한 핵심 기술 세가지를 소개했다.

①사중 포토 노광 기술(Quadruple Patterning Technique, QPT)

10나노급 D램 공정엔 ‘포토(photo) 설비’가 사용된다. 사람 육안으로 보이지 않는, 얇고 강력한 레이저 빛으로 초미세 회로를 그리는 설비다. QPT는 단 한 번의 포토 공정으로 초미세 패턴을 네 배 많이 만들어낼 수 있는 기술. 주로 낸드플래시 양산에 적용돼왔는데 삼성전자는 미세공정의 한계를 극복하기 위해 업계 최초로 D램 공정에 구현했다.

②초균일 유전막 형성 기술

하나의 D램을 구성하는 수십 억 개 셀 중 하나라도 문제가 생기면 기기는 제대로 작동하지 않는다. 따라서 고성능·저전력 칩을 만들 땐 해당 셀이 오랫동안 완벽하게 작동할 수 있도록 안정성까지 고려해야 한다. 그 열쇠를 쥐고 있는 게 바로 초균일 유전막 형성 기술이다.

삼성전자는 독자적으로 개발한 물질을 데이터를 저장하는 캐패시터 내·외부에 코팅함으로써 유전막을 (나노의 1/10인) 옹스트롬 단위의 초박형 원자 물질로 균일하게 만드는 데 성공했다. 이로써 10나노급 D램은 종전 제품보다 한층 향상된 성능을 갖추면서도 안정적으로 작동할 수 있게 됐다.

③초고집적 설계 기술

반도체의 동작 속도는 소비 전력에 비례한다. 즉 속도가 빨라질수록 전력 소비는 늘어나는 구조다. 하지만 10나노급 D램은 전작에 비해 속도가 빨라진 대신 소비 전력은 오히려 줄었다.

10나노급 D램은 속도를 높여 데이터를 더 빨리 제어, 처리한 후 대기(idle) 상태로 전환되도록 설계됐다. 대기 상태에선 활동(active) 상태에 비해 훨씬 적은 전력을 소비한다. 10나노급 D램이 ‘데이터 처리 속도 개선’과 ‘소비 전력 절감’ 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 비결이라는 설명이다.

실제로 PC나 서버 시스템 환경에서 10나노급 D램의 작동 속도(3.2Gbps)는 전작이었던 20나노 D램(2.4Gbps)에 비해 크게 향상됐다. 또한 작동 상태에 따라 소비 전력 역시 10~20% 절감됐다.

삼성전자 10나노급 D램은 이전 모델인 20나노 D램과 비교했을 때 생산성과 속도가 각각 30% 이상 향상됐고 소비 전력 절감 효과도 약 20%에 이른다. 삼성전자는 “PC와 서버는 물론, 모바일 기기에 이르기까지 전 부문에서 ‘프리미엄 D램’ 시장을 지속적으로 선도해나갈 것”이라고 강조했다.

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