메모리 공정한계 넘은 삼성 우위 지속

오는 2016년이면 낸드 크기는 10~12나노미터까지 줄어들고 D램 분야에서는 마이크론이 20나노 시장에 합류하면서 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등 3사 모두 20나노급 양산 능력을 갖추게 될 전망이다.

공정 전환이 한계에 달했다는 전망에도 불구하고 메모리 업계의 차세대 공정 개발을 위한 노력은 끊이지 않고 있다.

24일 시장조사업체 IC인사이츠는 각 업체별 미세공정 로드맵을 비교한 자료를 발표했다. 이 자료에 따르면 삼성전자는 낸드플래시 3D 메모리 분야에서 계속해서 적층 수를 높여가며 공정경쟁력을 높일 계획이다.

메모리 업계에서는 그동안 공정 한계 이슈가 대두됐다. 현재의 이머전 장비 등으로는 더 이상 선폭을 줄일 수 없게 되고 D램에서는 캐퍼시티 안정성으로 미세공정이 한계에 달했다는 분석이었다. 이에 따라 메모리 업계에서는 더 이상의 공정경쟁이 의미가 없게 될 것이라는 전망도 나왔다.

삼성전자는 미세공정 전환이 기존과는 다른 소재 개발, 수직 적층 등으로 전환되는 가운데 공정 기술에서의 우위를 유지하고 있다. 일각에서는 삼성전자와 경쟁업체의 3D 낸드플래시, 20나노 이하 D램 공정 격차를 1년으로 추정하고 있다.

■3D 낸드 2016년 48층 적층까지

낸드플래시에서 3D는 단연 주목받고 있는 차세대 기술이다. 층수가 높을수록 단위 면적당 집적도가 높아진다. 미세공정 전환 한계 속에 낸드플래시 업체는 수직으로 칩을 쌓는 방식을 통해 한계를 넘기 위한 노력을 하고 있다.

적층 기술에서 삼성전자는 우위를 유지하고 있다. 지난해 24층을 적층한 3D 낸드플래시를 양산한데 이어 올해 32층 적층에 성공했다. IC인사이츠에 따르면 삼성전자는 오는 2016년에는 48층을 적층한 3D 낸드플래시 제품을 선보일 전망이다. 관련업계에서는 3D 낸드플래시는 32층을 넘어서야 이익을 낼 수 있다고 보고 있다.

SK하이닉스도 올해 3D 낸드플래시 경쟁에 합류할 전망이다. SK하이닉스는 연말 양산을 목표로 3D 낸드플래시 개발에 한창이다. 일본 도시바는 내년말, 2016년 초에야 3D 낸드플래시 양산을 시작할 전망이다.

3D와 함께 낸드플래시 시장의 미세공정 개발 경쟁도 가속화되고 있다. 삼성전자, SK하이닉스 양사는 현재 16나노 제품을 양산하고 있으며 도시바는 이보다 1nm(나노미터) 선폭을 줄인 1나노 제품을 양산중이다. 15나노 이하 낸드플래시 미세공정에서는 삼성전자, SK하이닉스, 도시바 등 3사의 양산 시기가 비슷할 전망이다.

관련업계는 현재 이머전 ArF 노광장비를 이용한 낸드플래시 공정의 한계를 14나노로 보고 있다. 다음 단계는 패터닝 횟수를 늘리거나 EUV(극자외선) 장비를 이용하는 것이다.

15나노 낸드플래시 이후 EUV를 이용한 미세공정 전환은 오는 2016년에야 경쟁이 본격화될 전망이다. 보고서는 2016년 삼성전자, SK하이닉스, 도시바 등이 모두 10~12나노 제품을 양산할 것으로 예상했다.

■유전막 형성·노광 기술로 한계 넘어서

삼성전자는 D램에서도 공정의 한계라고 불리는 20나노 제품에서 우위를 점했다. 20나노 이하 공정에서는 공정 기술 뿐만 아니라 소재 개발도 병행돼야 해 삼성전자의 기술 격차가 당분간 지속될 전망이다. 삼성전자는 지난 3월 20나노 D램 양산을 시작한 바 있다. 25나노 공정 양산 발표 후 1년 4개월만이었다.

D램의 공정 전환이 늦어지는 이유는 캐퍼시터, 노광 기술 때문이다. D램은 낸드플래시와는 달리 캐퍼시터에 정보를 저장하게 된다. 캐퍼시터의 저장 능력이 20나노 공정에서 한계에 달했다.

삼성전자는 한때 25나노 공정에서는 마이크론(구 엘피다)에 뒤진 것으로 알려지기는 했지만 더 어려운 20나노 공정에서 격차를 벌렸다.