삼성? 삼성! 만든 기술, 시스템반도체서도 '세계 최초' 일냈다

{삼성전자}가 업계 최초로 7나노 EUV(극자외선) 시스템반도체에 3차원 적층 패키지 기술인 'X-Cube(eXtended-Cube)'를 적용한 테스트칩 생산에 성공했다. 왼쪽 사진은 기존 시스템반도체의 평면 설계, 오른쪽은 3차원 적층 기술 'X-Cube'를 적용한 시스템반도체 설계. /사진제공=삼성전자

삼성전자 가 업계 최초로 7나노 EUV(극자외선) 시스템반도체에 3차원 적층 패키지 기술인 'X-Cube(eXtended-Cube)'를 적용한 테스트칩 생산에 성공했다고 13일 밝혔다.

최첨단 EUV 초미세 전(前)공정뿐 아니라 후(後)공정에서도 첨단 기술 경쟁력을 확보하게 되면서 2030년까지 시스템반도체 분야에서도 세계 1위에 올라서겠다는 '반도체 비전 2030'을 향한 디딤돌을 마련한 것으로 보인다.

업계에서는 메모리반도체 세계 1위를 이끈 삼성전자의 3차원 적층 노하우가 시스템반도체 부문에서도 새로운 가능성으로 이어지고 있다는 평가가 나온다.

메모리 노하우, 10년 뒤 종합반도체 1위 초석 발판

이재용 삼성전자 부회장이 지난 7월30일 삼성전자 온양 반도체 사업장을 찾아 생산라인을 살펴보고 있다. /사진제공=삼성전자

'X-Cube'는 전공정을 마친 웨이퍼 상태의 칩을 얇게 쌓아 하나의 반도체로 만드는 기술이다.

시스템반도체는 일반적으로 CPU(중앙처리장치)·GPU(그래픽처리장치)·NPU(신경망처리장치) 등의 역할을 하는 로직 부분과 임시기억공간인 캐시메모리 역할을 하는 S램 부분을 하나의 칩에 평면으로 나란히 배치해 설계한다.

'X-cube' 기술은 로직과 S램을 옆으로 나란히 배치하는 것이 아니라 위쪽으로 쌓는 방식이기 때문에전체 칩의 면적을 줄이면서 고용량 메모리 솔루션을 장착할 수 있어 고객사가 칩을 설계할 때 자유도를 높일 수 있다.

또 실리콘 관통전극(TSV, 와이어를 이용해 칩을 연결하는 대신 칩에 미세한 구멍을 뚫어 상단 칩과 하단 칩을 전극으로 연결하는 패키징 기법) 기술을 통해 시스템반도체의 데이터 처리속도를 획기적으로 향상시킬 수 있고 전력 효율도 높일 수 있다.


이 기술은 슈퍼컴퓨터·인공지능·5G(5세대 이동통신) 등 고성능 시스템반도체가 필요한 분야는 물론 스마트폰과 웨어러블 기기의 경쟁력을 높일 수 있는 핵심 기술로 활용될 것으로 예상된다.

발상의 전환, '수직 구조'로 이룬 30년 부동의 세계 1위

삼성전자는 메모리반도체 분야에서 나노 단위의 초미세공정 기술과 함께 반도체 칩을 평면 상태의 2차원이 아니라 수직으로 쌓아올려 집적도를 끌어올리는 3차원 적층 기술로 30년 가까이 세계 1위 타이틀을 지켜왔다. 1980년대 초반 글로벌 반도체 시장에서 명함도 제대로 못 내밀던 삼성전자를 지금의 위치로 끌어올린 배경이 반도체 적층 기술이다.

글로벌 반도체 시장에서 D램 반도체 설계 공법으로 웨이퍼를 파고들어가는 '트렌치' 방식과 쌓아올리는 '스택' 방식이 맞붙었을 때 삼성전자는 스택 방식으로 반도체 공정 한계를 돌파했다.

2000년대 들어 낸드플래시 공정이 10나노급 공정에 진입하면서 미세공정 한계에 부딪혔을 때도 옆으로 붙이던 칩을 위로 쌓아 집적도를 올리는 방식의 3차원 V낸드(vertical·수직의)를 세계 최초로 개발, 낸드플래시 기술 경쟁의 패러다임을 뒤집었다.

강문수 삼성전자 파운드리사업부 마켓전략팀 전무는 "EUV 장비가 적용된 첨단 시스템반도체 공정에서도 칩을 수직으로 쌓아올리는 'X-Cube' 기술과 TSV 기술을 안정적으로 구현해냈다"며 "삼성전자는 반도체 성능 한계 극복을 위한 기술을 지속 혁신해 나가겠다"고 밝혔다.

삼성전자는 오는 16~18일 온라인으로 진행되는 고성능 반도체 관련 연례 학술 행사 '핫 칩스(Hot Chips) 2020'에서 'X-Cube'의 기술 성과를 공개할 계획이다.