400단 쌓는 삼성·SK, 핵심 본딩 기술·특허는 中에 의존

차세대 낸드 시장에서 삼성전자·SK하이닉스의 주도권이 흔들릴 수 있다는 우려가 제기된다. 400단 이상 적층에 필요한 '하이브리드 본딩' 기술을 중국 YMTC가 선점하고 있어서다. YMTC는 관련 기술을 지속적으로 고도화해, 최근 270단대의 고적층 낸드를 상용화하기도 했다. 반면 국내 기업들은 후발주자로서 여러 내홍을 겪을 가능성이 있다. 우선 신규 기술 적용에 따른 공정전환 및 설비투자가 필요하며, 초기 도입에 따른 수율 안정화도 이뤄내야 한다. YMTC 등이 구축해 놓은 특허 역시 문제다. 실제로 삼성전자의 경우 YMTC와 하이브리드 본딩에 대한 라이센스 계약을 체결한 것으로 파악됐다. V10(10세대) 이상의 낸드부터 YMTC 특허의 영향을 피해갈 수 없게 되면서, 차세대 낸드 사업의 불확실성이 커졌다는 평가다. 24일 업계에 따르면 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 주요 메모리 기업들은 400단 이상의 차세대 낸드에 하이브리드 본딩 기술을 적용할 계획이다. ■ 中, 매출 규모는 작지만 '하이브리드 본딩' 낸드에 선제 적용 낸드는 세대를 거듭할수록 셀(Cell; 데이터를 저장하는 단위)을 수직으로 더 높이 쌓는다. 국내 기업들은 300단대 낸드까지는 한 개의 웨이퍼에 셀을 구동하는 회로인 '페리페럴'을 두고, 그 위에 셀을 쌓는 방식을 채택해 왔다. 삼성전자는 이를 COP(셀온페리), SK하이닉스는 페리언더셀(PUC)라고 부른다. 다만 낸드가 400단 이상까지 높아지게 되면 하단부 페리에 가해지는 압력이 심해져 손상이 올 수 있다. 이에 국내 기업들은 셀과 페리를 각각 다른 웨이퍼에서 제조한 뒤, 하나로 합치는 W2W(웨이퍼-투-웨이퍼) 하이브리드 본딩을 채택하기로 했다. 이에 비해 중국 YMTC는 'Xtaking(엑스태킹)'이라는 이름으로 하이브리드 본딩 기술을 약 4년 전부터 선제적으로 양산 적용하고 있다. YMTC는 중국 최대 낸드 제조기업이다. 전 세계 낸드 시장에서 매출 기준으로 5위권 밖에 있으나, 최근 기술적으로 상당한 진보를 거뒀다는 평가를 받고 있다. 지난달 반도체 분석 전문기관 테크인사이츠가 발간한 보고서에 따르면 YMTC는 올해 초 2yy(270단대 추정) 3D TLC(트리플레벨셀) 낸드 상용화에 성공했다. 테크인사이츠는 "YMTC의 2yy 낸드는 당사가 시장에서 발견한 낸드 중 가장 높은 단수의 제품"이라며 "가장 중요한 사실은 해당 낸드가 업계 최초로 비트 밀도를 20Gb/mm2 이상으로 높였다는 것"이라고 설명했다. ■ 삼성·SK, 하이브리드 본딩 초기 도입 시 투자비용·수율 등 열세 YMTC가 이번에 적용한 엑스태킹은 4세대인 '4.x' 버전에 해당한다. YMTC는 이전부터 엑스태킹 기술을 활용해 160단, 192단, 232단 등의 제품을 양산한 바 있다. 그만큼 하이브리드 본딩에 대한 기술 안정화를 이뤄냈다는 평가가 나온다. 최정동 테크인사이츠 박사는 최근 기자와의 서면 인터뷰에서 "YMTC가 16단, 232단보다 더 많은 층을 빠른 시일 내에 구현했다는 게 놀랍다"며 "미국의 규제로 신규 장비 도입이 어려운 상황에서도 식각 및 ALD(원자층증착) 공정, 워피지(웨이퍼가 휘는 현상) 방지 공정 등에서 모두 최적화를 잘 한 것으로 보인다"고 평가했다. 이러한 측면에서, 국내 기업들은 첫 하이브리드 본딩 적용에 따른 여러 과제를 해결해야 할 것으로 관측된다. 특히 삼성전자는 이르면 올 연말부터 V10(430단대 추정) 낸드 양산을 목표로 하고 있어 보다 분주한 대응이 필요하다. 최정동 박사는 "삼성전자는 V10부터 셀을 3번 나눠 쌓는 트리플스택을 적용하고, 총 2장의 웨이퍼를 활용하는 하이브리드 본딩을 사용한다"며 "공정전환과 신규설비 투자 등 변경점이 많기 때문에 오랫동안 하이브리드 본딩을 적용해 온 YMTC 대비 제조비용이 훨씬 높을 수밖에 없다"고 설명했다. ■ 차세대 낸드부터 YMTC 특허 도입 불가피 특허 역시 진입장벽으로 거론된다. 하이브리드 본딩과 관련한 전반적인 기술 특허는 엑스페리(Xperi)와 YMTC, TSMC 3사가 대부분을 차지하고 있다. YMTC도 엑스페리로부터 하이브리드 본딩과 관련한 라이센스 계약을 체결했으며, 이후 낸드와 관련한 자체 특허를 적극 구축한 것으로 알려졌다. 삼성전자가 YMTC와 하이브리드 본딩과 관련한 라이센스 계약을 체결한 이유도 기술적으로 YMTC의 특허 회피가 어렵고, 분쟁 발생 시 최첨단 낸드 사업에 큰 타격이 발생할 수 있다는 우려에서다. 다만 삼성전자가 V10 이후 차세대 낸드부터 어떻게 기술개발 방향성을 설정할지, 또 라이센스에 필요한 비용, 엑스페리 등과의 특허 영향 등이 사업 진행의 주요 변수로 작용할 전망이다.