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중국 메모리 반도체 기업 YMTC에 이어 키옥시아, 삼성전자, SK하이닉스 등 주요 메모리 반도체기업들이 낸드플래시에 하이브리드 본딩을 적용할 것이라는 전망이 나왔다. 키옥시아는 당장 내년 출시 예정인 218단 제품부터 하이브리드 본딩을 적용한다. 페리페럴(Peripheral)과 메모리 셀을 분리한 뒤 두 장의 웨이퍼를 적층하는 형태로 낸드를 만들어 생산 효율을 올리겠다는 이야기다. 삼성전자와 SK하이닉스도 하이브리드 본딩 적용을 검토 중인 것으로 알려졌다. 삼성전자는 최근 관련 논문을 발표하기도 했다. 낸드 고단화 경향에 대응하기 위한 전략으로 읽힌다.

최정동 테크인사이츠 수석부사장은 최근 《디일렉》과 인터뷰를 갖고 "많은 기업들이 낸드에 하이브리드 본딩을 적용하는 방향으로 가기로 이미 결정을 했다"며 "키옥시아가 제일 먼저 '엑스태킹(Xtacking)' 방식을 내년 출시되는 218단부터 적용한다"고 말했다. 이어 "키옥시아에서는 이를 엑스태킹이 아닌 'CMOS다이렉티드본디드투어레이(CBA)'라고 부른다"고 덧붙였다.

하이브리드 본딩은 차세대 패키징 기술로 주목받고 있는 기술이다. 웨이퍼나 다이를 적층해 하나의 반도체를 만드는 방식이다. 입출력(I/O)과 배선 길이 등을 개선할 수 있다는 장점이 있다. 적층 방식에 따라 웨이퍼 투 웨이퍼(W2W), 웨이퍼 투 다이(W2D), 다이 투 다이(D2D) 등으로 나뉜다. 이 중 웨이퍼 위에 웨이퍼를 적층하는 W2W가 생산성이 가장 높다. YMTC도 W2W를 통해 낸드를 생산 중이다. 국내에서는 삼성전자 등 기업이 CMOS이미지센서(CIS)에 W2W를 적용 중이다.

현재 YMTC를 제외한 낸드 기업은 페리페럴 위에 메모리 셀을 쌓는 형태로 낸드를 만들고 있다. 이를 로직 웨이퍼(페리페럴)와 셀 어레이 웨이퍼로 나누겠다는 얘기다. 그는 "삼성전자는 V11, V12 정도에 하이브리드 본딩 양산 적용을 계획하고 있다"며 "하이닉스도 언제 적용될지 정확히 알 수 없지만 (하이브리드 본딩 적용이) 로드맵에 있다"고 전했다. 삼성전자는 최근 전기전자공학자협회(IEEE) 학회에서 낸드 하이브리드 본딩 적용 관련 논문을 발표하기도 했다.

다만, 양산 적용을 위해서는 특허 확보가 필요하다. 업계에서는 관련 특허를 TSMC가 50% 이상 보유하고 있고, 엑스페리가 30% 정도 보유 중이라고 분석하고 있다. YMTC는 엑스페리(Xperi) 특허를 이용해 하이브리드 본딩을 사용한 낸드를 양산하고 있다. 최 수석부사장은 "엑스페리와 라이선스 계약을 체결해서 해결할 것으로 추정된다"며 "그것도 힘들면 TSMC와 체결하는 방법으로 회피할 것"이라고 귀띔했다.

YMTC는 미국의 대중 제재를 회피하기 위해 웨이퍼 3장을 적층하는 방안을 검토 중이다. 로직 웨이퍼와 셀 어레이 웨이퍼 2장을 스태킹하는 형태다. YMTC에서는 이를' 엑스태킹 4'라고 부른다. 이 방식을 적용해 300단 이상의 낸드를 만들겠다는 목표다.  YMTC는 지난 상반기에 232단 낸드 제품을 출하했다. 최 수석부사장은 "(웨이퍼 3장을 적층하는 경우) 수율 문제가 발생할 수밖에 없다"며 "메모리 셀끼리 적층을 해야 하는데 정렬이 제대로 되지 않으면 제품을 못 쓴다"고 설명했다. 이어 "12~15nm 정도의 미세한 컨트롤이 필요한데, 후공정에서는 굉장이 어렵다"고 부연했다.

테크인사이츠는 세계 최대 규모 반도체 리버스엔지니어링 기업이다. 반도체 기업에 특허 침해 여부를 분석하는 서비스 등을 제공한다. 최 수석부사장은 테크인사이츠에서 메모리부문을 총괄하고 있다.

디일렉=노태민 기자 [email protected]
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