파운드리 2나노 공정 임박했는데... D램 미세공정 10나노인 까닭은

▲반도체 칩이 인쇄회로기판 위에 보인다. (로이터연합뉴스)

반도체 산업은 미세공정 기술을 통해 지속적인 혁신을 이뤄 왔다. 특히 파운드리와 D램은 반도체의 두 축을 이루며 기술 발전의 최전선에 서 있다.

그러나 최근 파운드리가 2나노 공정 개발에 돌입했다는 소식이 들리는 가운데, D램은 여전히 10나노급 공정이 주류를 이루고 있다.

같은 반도체 산업임에도 불구하고 이처럼 기술 격차가 발생하는 이유는 뭘까. 그 답은 두 반도체의 기능적 차이, 설계 구조, 기술적 한계, 시장 요구의 차이에 있다.

파운드리는 중앙처리장치(CPU), 그래픽처리장치(GPU), 인공지능(AI) 가속기 등 고성능 논리 반도체를 설계 및 제조하는 분야다. 이러한 칩은 전력 효율, 속도, 집적도가 핵심 경쟁 요소이며, 이를 극대화하기 위해 미세공정 기술이 필수적이다.

현재 2나노 공정은 극자외선(EUV) 리소그래피 기술을 활용해 집적도를 획기적으로 높였으며, 1.4나노 공정에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다. 파운드리 업체들은 애플, 엔비디아 등 고객사 요구를 충족시키기 위해 미세공정 경쟁에 매진하고 있다.

반면, D램은 데이터를 임시로 저장하고 CPU의 빠른 처리를 돕는 메모리 반도체다. 구조적으로 단순하지만 안정적인 데이터 저장이 핵심이다. D램의 기본 구조는 셀(cell) 하나가 캐패시터와 트랜지스터로 이루어진 단순한 형태를 취한다. 이 단순 구조는 미세공정의 진행이 어려운 이유가 된다. 셀 크기를 줄이면 캐패시터의 전하 저장 용량이 감소해 데이터 안정성이 약화되며, 이를 해결하기 위해 새로운 재료나 기술이 필요하다.

또 D램 제조사들은 미세공정보다 3D 적층 기술을 도입해 용량을 늘리는 데 주력하고 있다. 10나노급 공정이 생산성과 기술 안정성의 균형을 맞추는 데 적합하기 때문이다.

파운드리와 D램의 미세공정 격차는 시장 요구의 차이에서도 찾아볼 수 있다. 파운드리는 주로 최첨단 기술을 요구하는 고객사의 주문에 따라 운영되므로, 미세공정에서의 경쟁력이 매우 중요하다.

D램은 대량으로 낮은 가격에 생산하는게 중요하기 때문에 지나치게 높은 미세공정 기술이 필요하지 않다. 미세공정을 적용할수록 생산 비용이 증가하고 불량률이 높아질 수 있는 탓이다

향후 파운드리는 2나노 이하 공정을 통해 논리 반도체 성능을 더욱 높이는 데 집중할 것으로 보인다. 반면, D램은 10나노급 공정을 유지하면서 3D 스택 기술을 지속적으로 발전시키는 방식으로 용량과 성능을 개선할 전망이다.