세계 최초의 DNA, 3차원 적층 TSV기반 D램 양산의 주역을 만나다

세계는 빠르게 변하고 있습니다. 오늘의 최첨단 기술은 우리가 예상하는 속도보다 더 빠르게 미래를 바꾸어 가고 있는데요. 격변하는 세상 속에서 언제나 한 발 앞서가는 사람들을 우리는 ‘리더’라고 부르고 있습니다. 그리고 세계 최초 기술을 선도해 나가고 있는 삼성전자가 이번에 또 한 번 모두의 이목을 집중시켰습니다.

바로, 삼성전자가 세계 최초로 3차원 TSV 적층 기술을 적용해 64기가바이트(GB) 차세대 D램 모듈을 양산하기 시작했습니다. TSV 기반 64기가바이트(GB) DDR4 D램 모듈 최초 양산을 위해 원천 기술 개발은 물론 양산 평가까지 함께 달려온 임직원들을 직접 만나 봤습니다.

■ 3차원 V낸드에 이어 D램도 3차원 시대가 활짝~ 열렸습니다

TSV(Through Silicon Via, 실리콘 관통 전극) 수직 적층 기술은 일반 종이의 절반도 안되는 두께로 얇은 DDR4 D램 칩에 수백 개의 미세한 구멍을 뚫고, 전도체로 채워 칩을 관통하는 전극을 형성하고, 이를 이용해 상단 칩과 하단 칩을 전기적으로 연결하는 기술을 말합니다. TSV 방식을 통해 만들어진 제품들은 기존 와이어를 이용한 방식 대비 다양한 부분에서 월등히 뛰어난 성능을 낼 수 있습니다.

“TSV 방식을 사용하면 칩들 간의 신호를 주고받는 길이가 짧아져 고속의 인터페이스를 구현하는 것이 가능해집니다. 또한 여러 개의 칩을 3차원으로 쌓을 수 있기 때문에 기존 4단 적층칩보다 훨씬 많은 칩을 수직 적층해 더욱 높은 고용량의 D램 패키지를 만들 수 있습니다. 칩을 관통하면 칩 간 연결고리인 통로를 기존방식 대비 훨씬 더 많이 만들 수 있죠. 따라서 전력소모도 훨씬 줄일 수 있고 처리 속도 또한 월등히 빨라집니다. 기존 방식 대비 장점이 굉장히 많은 혁신적인 방식이죠.”

이번에 양산에 성공하게 된 64GB DDR4(Double Data Rate 4) D램 모듈은 20나노급 4Gb D램 칩에 최첨단 3차원 TSV 기술을 이용해 4Gb D램을 4단으로 쌓아 만든 4단 패키지 36개를 탑재했습니다. 무려 4Gb D램 칩 144개나 탑재된 고용량 초고속 제품입니다.

■ 미래의 주인공, TSV여야 하는 이유

삼성전자의 세계 최초 TSV 기반 D램 양산 소식이 들려오자 전 세계 수많은 이목이 주목되었습니다. 이 TSV 기술은 앞으로 개발될 차세대 제품 개발에 꼭 필요한 원천 기술로 평가 받고 있었기 때문인데요. 새시대의 문을 열게 된 삼성전자, 그 의미가 남다르다고 합니다.

“반도체 공정은 계속해서 미세화 되어가고 있었습니다. 공정 미세화를 통해 용량을 확장해왔는데요. 하지만 단일 면적 안에 얼마나 많은 정보를 저장하는 미세한 셀을 넣을 수 있느냐 하는 용량의 확장은 이전 대비 점점 어려워지고 있습니다. 공정의 미세화가 점점 어려워지고 연구, 개발 기간도 예전 대비 늘어날 수 밖에 없는 시점에 공정 미세화를 뛰어 넘어 보다 혁신적인 플러스 알파가 필요하게 된 거죠.”

특히 IT 시장에서는 고용량, 고성능, 저전력 제품에 대한 요구가 더욱 더 높아지고 있습니다. SNS나 클라우드 등 모바일 기반 서비스로 인해 데이터 증가세가 폭등하면서 이 모든 정보를 보관하고 또 처리해야 하는 서버의 능력이 더욱 막중해지고 있기 때문입니다.

이러한 상황 속에서 TSV 기술은 기존 기술의 아쉬웠던 부분을 해소할 수 있다는 평가를 받고 있습니다. 칩 4개를 위로 쌓으면서 관통 전극으로 직접 연결하는 TSV기술은 기존 대비 용량을 2배 이상 늘릴 수 있는 것은 물론 소비전력을 약 절반 수준으로 낮추면서도 시스템의 동작 속도를 2배나 높일 수 있는데요. 이는 ‘고용량, 저소비전력, 고성능’ 등 차세대 시스템 관점에서 가장 아쉬웠던 기존 기술의 단점을 해소합니다. 특히 이번 TSV 기술 기반의 DDR4(Double Data Rate 4) 서버용 D램은 제품의 실물이 나오기 전부터 글로벌 서버 고객들로부터 큰 관심 받을 정도로 전 세계 IT 업계들이 높은 관심을 나타낸 과제였습니다.

■ DS부문 모두의 뜨거운 열정으로!

TSV 기술은 기존 기술 대비 까다롭고 정밀한 기술이기도 하지만 차세대 반도체 라인업을 선도할 주자라면 반드시 갖춰야 할 기술로 평가받아왔습니다. 삼성전자 역시 오래 전부터 미래를 준비해왔는데요. 이 세월 동안 수많은 어려움들이 있었고 또 수많은 아이디어들, 그 또 하나의 신화를 만들어 낸 수많은 임직원들의 땀과 열정이 이 작은 D램 안에 들어있습니다.

“TSV 개발은 연구소에서 공정 기술 개발을 시작한 이래 양산을 위한 준비를 시작했습니다. 2014년에 이르러 D램을 통해 세계 최초로 제품을 양산하는 성과를 이룩했는데요. 드디어 꿈을 이뤄낸 것이죠. TSV 기술이 양산에 이르기까지 굉장히 많은 부서의 임직원들이 참여했으며 어려움 속에서도 열정적으로 노력했습니다. 단위 기술의 개발에 있어서 이렇게 많은 부서원들이 함께 한 과제가 있었을까? 하고 생각이 들 정도로 굉장히 많은 부서의 구성원들이 함께 해주었습니다.”

“TSV 기술이 양산에 성공하기까지 굉장히 많은 어려운 과정이 있었습니다. 기술 개발은 물론 제품 평가까지 모든 유관부서에서 각자의 역량을 모두 합침으로써, 성공적으로 이룬 것이라는 생각에 매우 감격스럽습니다. 우리 반도체인들이 마음속에 가지고 있는 전 세계 IT 고객에 대한 신뢰를 지킨다는 신념과 반도체 산업을 선도해 나간다는 사업 목표에 대한 열정이 발휘되어 반도체 성공 신화의 DNA가 발휘된 잊지 못 할 과제라고 생각합니다.

“제품 개발을 시작할 때가 기억납니다. 처음 가는 길이기 때문에 정확한 답을 찾기가 어려웠습니다. 하지만, 그 어려움을 이겨냈기 때문에 지금의 기쁨도 배가 되었다고 생각합니다. 빠른 의사 결정과 각 부서의 노력이 오늘의 결과를 만들어 냈다고 자부합니다.”

“비행기가 마하의 속도를 내기 위해서는 엔진뿐 아니라, 부품/소재 등 관련 기술도 마하의 속도를 견뎌 낼 수 있어야 가능하다고 합니다. TSV 제품 개발도 동일합니다. TSV 개발 과정 속에 여러 어려움이 있었지만, 관련 부서의 노력과 소통을 통해 TSV 제품의 양산화가 가능했다고 생각합니다.”

“드디어 TSV 상품 출시! TSV 양산 공정 개발을 시작했을 때 어려움이 많았는데, TSV 완성품을 손에 넣을 수 있어서 매우 뿌듯합니다. 우리가 자랑스럽게 만든 TSV 제품이 다양한 응용 분야에 사용되어 새로운 미래를 만들어 가면 좋겠습니다.”

DS人 모두가 한 마음으로 바랬던 TSV 기술 기반의 차세대 제품 양산, 이제 더욱 기대되는 3차원 메모리 시장으로 첫발을 떼었는데요. 한 발 앞서 전 세계 IT 시장을 선도해 나가며 경쟁 우위를 유지하기 위한 의미있는 발걸음이라는 것은 그 누구도 의심할 여지가 없습니다.

더욱 빠르게 변화하는 전 세계 IT 시장을 선도하는 반도체 기술로서 고효율, 저전력, 고용량, 소형화 등 4가지를 모두 갖춘 차세대 제품을 개발하는데 있어, 3차원 TSV는 시간이 갈수록 메모리 시장에서 그 역할이 더욱 중요해 질 것 입니다. 또한 로직과 메모리를 융합해 새로운 반도체 솔루션을 제공하는데 역시 3차원 TSV 기술이 새로운 시장으로 도약하는 교두보 역할을 톡톡히 해 나갈 전망인데요.

D램으로 사업화가 먼저 시작되었지만 앞으로 그 응용 범위는 무궁무진해질 것이고 그 멋진 융합과 응용 역시 삼성전자가 선도해 나갈 것이라는 기대감이 샘솟습니다. 세계 최초의 DNA를 가진 삼성전자人들을 응원합니다.

☞ 삼성전자, 세계 최초 3차원 적층 TSV 기반 ‘DDR4 D램 모듈’ 양산