2D D램(왼쪽) 구조와 3D D램의 차이. 사진 제공=어플라이드머티어리얼즈중국 반도체 업계가 아직 상용화되지 않은 ‘3차원(3D) D램’ 개발에 박차를 가하고 있다. 3D D램은 향후 메모리 시장 패권의 향방을 좌우할 수 있는 ‘꿈의 기술’로 손꼽히지만 주도권을 쥔 업체는 나타나지 않았다. 세계 반도체 패권 장악을 노리는 중국이 이 기술을 빠르게 선점해 D램 분야에서의 한국의 위상을 위협할 가능성이 크다는 우려가 나온다.
20일 업계에 따르면 창신메모리(CXMT), 중국과학원 등 중국의 유력한 D램 제조 업체와 반도체 기술 연구기관이 잇따라 3D D램에 관한 연구 결과를 발표했다.
CXMT와 중국과학원은 2개 트랜지스터(2T0C)만으로 D램 기억장치를 만드는 기술을 소개했다. 기존 D램 셀은 1개 트랜지스터, 1개 커패시터(1T1C)로 이뤄진다. 기존 구조에서 부피를 많이 차지하는 커패시터를 없애고 트랜지스터를 하나 더 추가한 것이다. 업계에서는 중국 업체와 기관들이 기술적인 한계로 ‘2T0C’ 구조를 당장 구현하기는 어려울 것으로 보고 있다. 다만 3D D램 개발에 박차를 가하고 있는 중국 업체와 국책연구기관들의 움직임을 예의 주시해야 한다고 경고한다. 다양한 연구 결과물로 노하우를 쌓다가 세계 최초로 원천 기술을 찾아낼 가능성을 배제할 수 없어서다.
중국이 3D D램의 기술 선점을 노리는 이유는 다양하다. 우선 3D D램은 기존 2D D램 시장과 달리 독보적인 주도권을 쥔 업체가 없는 ‘무주공산’의 시장이다. 세계 D램 시장에서 40% 이상의 점유율을 확보한 1위 삼성전자는 2019년 3D D램 구조 콘셉트에 대해 특허를 낸 경험은 있으나 2021년에야 디바이스솔루션(DS) 부문 내 차세대공정개발팀을 신설해 연구에 착수했다. SK하이닉스 역시 내부에서 3D D램 연구가 진행 중인 가운데 지난해 처음 3D D램 콘셉트를 대중에게 공개했다. 또 중국이 3D D램의 원천 기술을 먼저 개발할 경우 미국의 강력한 대중(對中) 반도체 장비 제재도 무력화할 수 있다. 미국은 2019년 6월부터 네덜란드의 ASML이 첨단 극자외선(EUV) 노광 장비를 중국으로 수출하지 못하게 하고 있다. 3D D램 기술을 확보할 경우 EUV 장비 없이도 현존하는 D램보다 더 용량이 큰 D램을 만들 수 있다. 현재 세계 D램 시장에서 CXMT 등 중국의 점유율은 1% 안팎에 불과하다. 그러나 만약 중국이 기술 인력과 막대한 자본을 투입해 3D D램 생산을 앞당긴다면 단숨에 D램 시장의 우위가 한국에서 중국으로 바뀔 수 있다는 해석이 나온다.
