반도체 집적기술 고층화 대세

면적이 작은 토지 이용 효율을 높이기 위해 아파트와 같은 고층 건물을 건설하는 것처럼, 반도체 분야에서도 제한된 칩 면적의 2차원적 미세화기술 한계를 극복하기 위해서 3차원 구조 칩 개발이 대안으로 떠오르고 있다.

반도체에서 3차원 구조 개념은 이미 패키징 분야에서 이용돼 왔지만, 기존 방식은 각종 단자가 반도체 칩 한쪽 면에만 배치된다.

이에 따라 와이어 본딩을 이용, 복수 칩 신호 단자를 전기적으로 연결해줘야 하기 때문에 칩 크기, 배선 복잡성 및 전력소모 등에 있어서 문제점이 발생한다.

이같은 문제점들을 극복하기 위해 반도체 기판 재료인 실리콘에 수직으로 관통하는 전극을 형성, 고층 건물의 엘리베이터와 같은 신호전달 경로를 제공하는 TSV(Through Silicon Via) 기술이 제안된 것이다.

TSV 기술은 회로 집적도, 동작 속도, 전력소모 및 제조 비용 등에 있어서 매우 큰 개선 효과가 기대된다.

실제로 IBM과 인텔에서 다중 프로세서 코어를 가진 칩 개발에 적용하고 있으며, 낸드(NAND) 플래시 메모리 분야에서 경쟁 중인 삼성전자와 도시바도 TSV 기술을 이용한 3차원 셀의 개발경쟁이 치열하다.

10일 특허청에 따르면, 3차원 구조 칩 개발을 위한 TSV 관련 기술 특허출원은 최근 6년간(2003~2008년) 111건이 출원되었는데, 지난 2003년에는 7건에 그쳤던 것이 2008년에는 39건으로 꾸준한 증가세를 나타내고 있다.

국가별 비율은 한국이 63%, 일본이 32% 그리고 미국이 5%를 차지하고 있어 한국이 출원건수의 비율에서 우위를 점하고 있는 것으로 조사됐다.

그러나 한국은 2006년에 들어서야 본격적인 출원을 하고 있어 3차원 셀 기반 기술 선점에 대한 초기 노력이 경쟁국에 비해 다소 늦다는 지적이다.

특허청 관계자는 “TSV 기술 태동시기가 비교적 오래되지 않았고, TSV 기술 파급효과에 비해 현재까지 특허출원 규모가 작은 점을 고려하면 국내 반도체 업계에도 기회가 남아있다”며 “지금까지 쌓아온 반도체 강국 위상에 흔들림이 없기 위해서는 관련 업계의 지속적인 기술 개발노력이 절실히 요구된다”고 말했다.