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[IT뉴스]마이크론, ‘4F² D램’ 대신 3D 승부수… 삼성·SK는 4F²·3D ‘투트랙 전략’

온카뱅크관리자

2026-10-27 06:07:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 中 CXMT 4F² 상용화 예고에 차세대 D램 기술 경쟁 가열 마이크론 “4F², 제조 비용 높아”… 기존 D램 미세화·3D 개발 집중 삼성전자·SK하이닉스는 두 기술 병행… 양산 수율·원가 경쟁력이 관건 
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 미국 메모리 반도체 기업 마이크론이 차세대 D램 기술로 주목받는 ‘4F²(포에프스퀘어)’ 대신 3차원(3D) D램 개발에 집중하기로 했다. 삼성전자와 SK하이닉스가 4F²와 3D D램을 모두 연구하는 것과는 다른 행보다. 최근 중국 창신메모리테크놀로지(CXMT)가 4F² 기술을 적용한 D램 출시를 예고하면서 글로벌 메모리 업체들의 기술 개발 전략이 엇갈리고 있다. 업계에서는 차세대 D램 경쟁의 승패가 기술 구현 자체보다 양산 수율과 제조 원가에 달렸다는 분석이 나온다.
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 마이크론 텍사스 사옥 전경./마이크론 제공
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 27일 반도체 업계에 따르면 마이크론은 지난 21일(현지시각) 개최한 기술 웨비나에서 향후 10년간의 메모리 기술 개발 로드맵을 공개했다. 마이크론은 현재 주력인 6F² 구조의 D램을 지속해서 미세화하면서 장기적으로 3D D램을 개발하겠다는 방침을 밝혔다. 반면 4F² 기술은 현재 개발 로드맵에서 제외했다.
 ◇ D램 셀 면적 33% 줄이는 4F²… 마이크론 “실익 적다”
 4F²는 D램에서 데이터 1비트를 저장하는 최소 단위인 ‘셀’의 면적을 줄이는 기술이다. 현재 널리 사용되는 6F² 구조는 셀 하나가 가로 3F, 세로 2F의 공간을 차지한다. 4F²는 이를 가로 2F, 세로 2F로 줄이는 방식이다. F는 반도체 회로의 최소 선폭을 뜻한다.
 같은 크기의 땅에 집을 더 촘촘하게 짓는 것과 비슷하다. 이론적으로 셀 면적을 약 33% 줄일 수 있어 동일한 크기의 반도체 칩에 더 많은 데이터를 저장할 수 있다. 생산량이 늘어나면 데이터 1비트당 제조 비용을 낮추는 데 유리하다.
 다만 셀 면적이 작아진다고 반드시 생산성이 높아지는 것은 아니다. D램 셀은 전기를 저장하는 커패시터와 전류 흐름을 조절하는 트랜지스터로 구성된다. 트랜지스터가 차지하는 공간을 줄여도 커패시터 사이에는 일정한 간격이 필요하다. 회로가 복잡해질수록 제조 난도가 높아지고 수율이 떨어질 가능성도 있다.
 마이크론이 4F² 기술의 경제성에 의문을 제기한 이유다. 스콧 드보어 마이크론 사장 겸 최고기술·제품책임자(CTPO)는 웨비나에서 20년 넘게 해당 기술을 연구했지만 지속 가능한 미세화 경로를 확보하지 못했다고 설명했다. 4F² 구조 자체는 구현할 수 있지만 공정이 복잡하고 제조 비용이 높아 실질적인 이점이 제한적이라는 판단이다.
 마이크론은 현재 양산 중인 1감마(1γ) D램에 이어 2027년 하반기 1델타(1δ) 공정의 양산 확대를 추진한다. 1델타에서는 이전 세대보다 비트 집적도를 20%대 중반 수준으로 높이는 것이 목표다. 이후 웨이퍼를 서로 접합하는 본딩 기술과 차세대 극자외선(EUV) 노광 기술 등을 활용해 미세화를 이어갈 계획이다.
 장기적으로는 메모리 셀을 수직으로 쌓는 3D D램을 개발한다. 기존 D램이 한정된 평면에서 셀 크기를 줄이는 방식이라면 3D D램은 건물의 층수를 높이듯 셀을 위로 쌓아 저장 용량을 늘리는 기술이다. 낸드플래시에서는 이미 상용화된 방식이지만 D램은 구조가 복잡해 본격적인 상용화 단계에 이르지 못했다. 마이크론은 제조 비용과 공정 난도 등을 고려해 3D D램 도입 시점을 결정할 방침이다.
 ◇ 삼성·SK는 4F²·3D 병행… 기술 선택권 확보
 삼성전자와 SK하이닉스는 마이크론과 달리 4F²와 3D D램을 모두 연구하고 있다. 기존 평면 D램의 집적도를 높이는 기술과 수직 적층 기술을 동시에 확보해 향후 시장 변화에 대응하겠다는 전략이다.
 삼성전자는 수직 채널 트랜지스터(VCT)를 활용한 4F² 구조를 개발하고 있다. 기존 트랜지스터를 수평으로 배치하는 대신 수직으로 세워 셀이 차지하는 면적을 줄이는 기술이다. 송재혁 삼성전자 DS(반도체)부문 최고기술책임자(CTO·사장)는 지난 14일 서울 삼성동 코엑스에서 열린 반도체대전(SEDEX 2026)에서 4F² 기술을 개발하고 있다고 밝혔다.
 SK하이닉스도 수직 게이트(VG) 기술을 기반으로 한 4F² D램과 3D D램을 차세대 연구개발 과제로 추진하고 있다. 지난해 공개한 기술 로드맵에서도 두 기술을 기존 D램 미세화의 한계를 극복할 핵심 개발 분야로 제시했다.
 한국 업체들의 투트랙 전략은 기술적 불확실성에 대응할 수 있다는 장점이 있다. 4F² 기술이 상용화되면 기존 D램 생산 기술을 발전시켜 집적도를 개선할 수 있고, 경제성이 확보되지 않을 경우 3D D램으로 전환하는 선택지도 남겨둘 수 있다.
 다만 두 기술을 동시에 연구하는 만큼 연구개발 비용과 인력 투입 부담도 커질 수 있다. 새로운 셀 구조를 생산라인에 도입하려면 공정 장비와 소재, 설계 기술을 함께 개발해야 하기 때문이다. 반면 마이크론은 기존 6F² 구조의 미세화와 3D D램에 집중해 연구개발 자원을 배분하는 전략을 택했다.
 ◇ 中 CXMT의 4F² 공세… 관건은 양산 원가와 수율
 차세대 D램 기술 경쟁에는 중국 CXMT의 추격도 영향을 미치고 있다. CXMT는 최근 4F² 구조를 적용한 서버용 DDR5 메모리 모듈을 연내 출시하겠다는 계획을 밝혔다. 중국 업체가 차세대 D램 기술의 상용화 일정을 제시하면서 삼성전자와 SK하이닉스의 기술 경쟁력에 대한 시장의 관심도 높아졌다.
 중국 업체들은 미국의 첨단 반도체 장비 수출 통제로 최신 극자외선(EUV) 장비 확보에 제약을 받고 있다. 기존 장비를 활용하면서 메모리 집적도를 높일 수 있는 셀 구조 혁신이 기술 격차를 줄이는 대안으로 주목받는 배경이다.
 다만 CXMT가 4F² 구조를 적용한 제품을 출시하더라도 곧바로 한국 업체를 앞선다고 보기는 어렵다. 제품의 성능과 전력 효율은 물론 실제 생산 과정에서 양품을 확보하는 비율인 수율이 검증돼야 하기 때문이다.
 메모리 반도체는 대량생산을 통해 원가를 낮추는 것이 경쟁력의 핵심이다. 새로운 기술로 셀 면적을 줄이더라도 공정이 복잡해져 불량률이 높아지면 제조 비용이 오히려 늘어날 수 있다. 반대로 안정적인 수율을 확보하면 같은 웨이퍼에서 더 많은 메모리를 생산해 원가 경쟁력을 높일 수 있다.
 반도체 업계 관계자는 “삼성전자와 SK하이닉스는 4F²와 3D D램을 병행 개발해 기술 선택의 폭을 넓히는 반면, 마이크론은 기존 공정의 효율 개선에 무게를 두고 있다”며 “향후 양산 수율과 생산 원가가 차세대 D램 시장의 경쟁력을 좌우할 것”이라고 말했다.
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