▲ 김춘환 SK하이닉스 부사장이 ‘세미콘 코리아 2024’에서 기조연설을 하고 있다.

차세대 메모리 산업에서 게임체인저로 반도체 범프 없이 구리로 직접 연결하는 ‘하이브리드 본딩’기술이 부상하고 있다. SK하이닉스는 400단 이상 고적층 낸드플래시에 하이브리드 본딩 기술 적용을 추진할 방침이다. 또한 2025년까지 연평균 성장률 40% 이상이 예상되는 HBM(고대역폭메모리)시장에서 SK하이닉스는 올해 성능이 향상된 HBM3E를, 2026년에는 HBM4를 내놓을 계획이다.

김춘환 SK하이닉스 부사장은 30일 서울 코엑스에서 열린 ‘세미콘 코리아 2024’ 기조연설에서 메모리 디바이스의 집적 한계를 극복하기 위한 기술 개발 방향에 대해 설명했다.

현대 사회에서 반도체는 디지털 혁명의 중심이자 핵심으로 점점 더 고성능의 반도체가 요구되고 있다. 이에 반도체 기술의 발전은 더 이상 선택이 아닌 필수가 됐으며, 메모리 반도체의 질적 한계를 넘어서는 것이 중요 과제가 됐다.

반도체 산업은 단기적인 하락과 상승을 극복하며 지속적으로 성장해 왔다. 김춘환 부사장은 “지난해에는 반도체 산업이 다운시기를 맞이하면서 메모리 업계는 힘든 때를 보냈으나, 올해는 반도체 수요가 증가함에 따라 고객의 요구에 맞는 메모리를 만들기 위해 경쟁이 예상된다”고 진단했다.

AI 컴퓨팅 시대가 도래함에 따라 다양한 산업 분야에서 AI 제품과 서비스가 출연하고 있으며, 특히 생성형 AI의 급격한 발전이 이뤄지고 있다. 생성형 AI는 연평균 35%씩 성장하고 2025년 생성형 AI가 모든 데이터의 10% 차지할 것으로 예상된다. 이에 보다 효율적으로 데이터를 처리하고 저장하기 위한 고성능 메모리의 필요성이 더욱 커지고 있다.

현재 D램은 고객 요구에 대응해 고도화가 이뤄지고 있고 최근 고사양 HBM(고대역폭메모리), DDR5 등 다양한 D램 개발 진행되고 있다. 특히 DDR을 수직으로 연결해 데이터 처리 속도를 높인 초고성능의 D램인 HBM은 2026년까지 연평균 40% 이상의 초고속 성장이 전망된다.

김 부사장은 “SK하이닉스는 현재 HBM3 제품을 고객사에 급하고 있다. 올해는 기존 보다 성능이 1.5배 개선된 HBM3E 양산할 예정이고, 2026에는 HBM4를 출시할 계획”이라고 말했다.

또한 김 부사장은 메모리 기술 한계를 극복하기 위해 기존 2D 낸드를 연결하는 방법과 새로운 플랫폼을 도입하는 것에 대해 반도체 제조사들이 많은 고민을 하고 있다고 말했다.

2D 연장은 기존 인프라를 쓰지만 물리적 한계가 있고, 트랜지스터 내 핵심 요소인 게이트를 수직으로 세우는 버티컬(Vertical)은 연장이 일부 가능하기는 하나 새로운 기술이 필요하다. 3D 방식은 탭 연장성은 뛰어나지만 새로운 장비와 소재 공정 개발이 필요해 많은 시간과 투자가 소요되기 때문이라고 설명했다. 이에 이러한 장단점을 고려해 신중하게 결정해야 하고, 각 제조사의 차세대 플랫폼 개발 전략에 따라서 향후 D램 시장의 판세가 달라질 수 있을 것이라고 말했다.

김 부사장은 SK하이닉스는 차세대 메모리 기술 개발을 위해 △HBM △PIM(지능형반도체) △CXL(컴퓨트 익스프레스 링크) 등에 주력하고 있다고 전했다. 김 부사장은 차세대 D램 및 HBM, 낸드 제조의 핵심 기술로 ‘하이브리드 본딩’을 꼽으며 게임체인저가 될 것이라고 전망했다. 하이브리드 본딩은 칩 사이를 연결하는 데 활용되던 범프를 쓰지 않고, 칩과 웨이퍼의 구리 배선을 직접 붙이는 기술로 두께를 줄이고 경로를 짧게 해 저항을 낮출 수 있다.

김 부사장은 “SK하이닉스 3D D램에서도 하이브리드 본딩을 접목하는 연구개발이 진행되고 있고, 낸드에서도 400단급 구현에 웨이퍼 본딩 기술을 도입해 경제성 및 양산성을 향상시킨 차세대 플랫폼을 개발하고 있다”고 말했다.