삼성·SK하이닉스, EUV로 D램 양산 나선다

[출 처] https://www.hankyung.com/economy/article/2019102072181

삼성·SK하이닉스, EUV로 D램 양산 나선다

SK하이닉스와 삼성전자가 D램 생산라인용 극자외선(EUV) 장비를 발주하는 등 EUV 기술을 적용한 D램 양산을 추진 중이랍니다. 삼성전자에서는 주로 파운드리부서에서 EUV장비를 이용해 D램을 제작하고 있는데요. EUV와 D램이 무엇이며 이 D램 생산으로 어떤 분야에 활용할 수 있을까요?

 

EUV, extreme ultraviolet 공정은 반도체 원판인 웨이퍼에 극자외선을 이용해 회로를 그리는 것입니다.  회로 패턴을 새겨 넣기 위해 레이저 광원을 웨이퍼에 투사하는 포토 리소그래피(photolithography) 작업을 진행합니다. 이렇게 해서 반도체 칩 안에 현미경으로 봐야 보일 정도로 작고 미세한 회로소자 수십억개를 형성하게 됩니다. EUV 공정은 이러한 포토리소그래피 단계를 극자외선 파장을 가진 광원을 활용해 진행하는 것을 말합니다.

 

이 EUV 기술이 필요한 이유는 반도체 칩 제조 분야에선 웨이퍼 위에 극도로 미세한 회로를 새겨 넣는 것이 필수 입니다. 그래야만 트랜지스터와 콘덴서 등 소자들을 지름 300mm의 제한된 웨이퍼 공간에 더 많이 집적하고, 성능과 전력효율 또한 높일 수 있기 때문이죠, 즉 성능이 높고 더 작고 가벼운 반도체 칩을 생산하기 위해서는 이러한 EUV를 활용한 미세 공정이 필수입니다.

 

그렇다면 D램은 무엇일까요?

D램 [Dynamic Random Access Memory, 동적 메모리]

용량이 크고 속도가 빠리기 때문에 주기억장치(main memory)에 사용되는 것이 램 입니다. 램은 정보를 기록하고 기록해 둔 정보를 읽거나 수정할 수 있는 메모리로, 전원을 공급하는 한 데이터를 보존하는 S램과 시간이 흐름에 따라 데이터가 소멸되는 D램이 있습니다.

 

D램은 전원이 차단될 경우 저장된 데이터가 소멸되는 휘발성 기억소자이며, 시간이 지나면서 축적된 전하가 감소되기 때문에 전원이 차단되지 않더라도 저장된 데이터가 자연히 소멸되는 단점이 있습니다. 따라서 D램은 일정 시간마다 데이터를 유지해주는 기능인 리프레시가 필요합니다.

 

D램은 정보를 저장하는 방인 셀을 가지고 있는데, 메모리셀은 트랜지스터와 커패시터 각각 1개로 구성된다. 커패시터는 전하의 유무에 따라 디지털 정보의 기본 단위인 0 혹은 1이라는 정보를 저장하고 이 두 숫자를 판별하는 방식으로 데이터를 저장합니다.

 

D램은 제품군의 속도에 따라 DDR, DDR2, DDR3, DDR4 등으로 부르는데, DDR은 더블 데이터 레이트(Double Data Rate)의 줄임말로 기존의 싱글 데이터 레이트(SDR, Single Data Rage) 대비 처리 속도가 2배 이상 빠른 성능을 제공합니다.

DDR 제품군별 데이터 전송속도는 DDR이 최대 400메가비피에스(Mbps), DDR2가 최대 800Mbps, DDR3가 최대 1천600Mbps, DDR4가 최대 3천200Mbps의 성능을 낼 수 있습니다.

 

저장용량은 10억 개의 정보를 저장할 수 있는 공간을 의미하는 기가비트(Gb)라는 단위를 사용, 정보전달속도는 진동수 단위인 헤르츠(Hz)로 표시합니다.

예컨대 'DDR3 2Gb 1천333MHz'라는 제품은 DDR3의 데이터전송속도를 지원, 저장용량은 20억 개의 정보 저장공간을 제공하며 초당 1천333메가비트(Mb)의 정보전달속도를 제공한다는 뜻입니다. 

종류별로는 데스크톱PC나 노트북 등에 사용돼 시스템의 정보를 임시 저장하는 역할의 '컴퓨팅 메모리', 스마트폰·태블릿PC 등에 활용될 수 있도록 저전력·소형화 특성을 갖춘 '모바일 D램', 일반 D램 대비 빠른 데이터처리 속도로 고성능을 요구하는 그래픽카드나 게임기 등에 활용되는 '그래픽 D램', 어떤 환경에서도 안전하게 데이터를 보관할 수 있는 높은 신뢰성을 제공하는 '서버용 D램' 등으로 구분됩니다. 

 

이처럼 빠른 데이터 속도와 높은 저장 용량 가지는 D램 개발이 사업전략이 되고 있으며 이러한 D램을 제작하기 위해서는 EUV를 활용한 미세공정이 필요하고 더 작은 수준의 미세공정이 개발이 되고 있습니다. 삼성전자는 지난 4월부터 선폭(회로의 폭)이 7나노미터(nm·1nm=10억분의 1m)인 공정에서 EUV 장비를 이용해 제품을 양산 중이라고 밝혔습니다.

 

이렇게 높은 수준의 D램을 양산하는 이유는 5G 이동통신 확산 등으로 초소형·고성능 메모리 반도체 수요가 늘어나고 있기 때문입니다. 삼성전자의 경우 EUV장비는 파운드리 업체에서 주로 사용이 되었습니다.  중앙처리장치(CPU), 모바일 AP 등 시스템반도체 분야세서 더 작고 성능이 뛰어난 반도체 수요가 커졌기 때문입니다.

 

 4차 산업 혁명과 더불어 신기술의 발전은 미세공정과 D램, 그밖에 여러 메모리, 비메모리 재품의 생산과 밀접한 관련이 있습니다. 앞으로 여러 기업들이 어떤식으로 사업전략을 꾸려 나갈지 전망이 기대가 됩니다.