메모리서 파운드리로…26년 공정 노하우, 삼성 HBM4에 녹았다

최정민 PL, 4나노 초저전력 공정 개발로 '대한민국 엔지니어상'

전력 사용량 낮추고 성능 개선…HBM4 베이스 다이에 적용

메모리·파운드리 경험 결합해 개발·양산 기여

최정민 삼성전자 파운드리사업부 기술개발실 프로젝트리더. ⓒ삼성반도체 뉴스룸

삼성전자에서 메모리와 파운드리 공정을 두루 경험한 엔지니어의 26년 노하우가 고대역폭메모리(HBM) 경쟁력으로 이어졌다. 전력 소모를 낮추면서 성능을 높인 4나노 초저전력 공정이 삼성전자 HBM4의 베이스 다이에 적용되며 메모리와 파운드리 역량을 결합한 사례로 주목받고 있다.

23일 삼성전자는 파운드리사업부 기술개발실 최정민 프로젝트리더(PL)가 4나노 초저전력 반도체 공정 개발 성과를 인정받아 지난 3월 '대한민국 엔지니어상'을 수상했다고 밝혔다. 대한민국 엔지니어상은 과학기술정보통신부가 주최하고 한국산업기술진흥협회가 주관하는 우수 공학자 포상 제도다.

최 PL이 개발한 기술은 3차원 구조 트랜지스터인 핀펫(FinFET)의 높이와 소자 내부 컨택(Contact)의 폭을 줄여 정전용량을 낮추는 것이 핵심이다. 반도체의 동작 전력은 전하를 저장하는 정전용량에 비례하기 때문에 이를 줄이면 불필요한 전력 소비를 낮출 수 있다.

최 PL은 다양한 컨택 구조에 맞춰 공정과 회로 배치를 최적화했다. 이를 통해 전력 소모를 줄이는 동시에 반도체 성능도 개선했다. 지난 3월 과기정통부는 해당 기술로 컨택 폭과 높이를 각각 줄이고 전력 사용량을 6% 낮추면서 성능은 3% 높였다고 설명한 바 있다.

이 기술은 삼성전자가 양산 출하한 HBM4의 베이스 다이에 적용됐다. 베이스 다이는 여러 층으로 적층된 D램과 그래픽처리장치(GPU)·인공지능(AI) 가속기를 연결하고 데이터와 전원, 제어 신호를 관리하는 로직 반도체다. HBM4부터 베이스 다이의 기능과 복잡도가 높아지면서 전력 효율과 데이터 처리 성능을 좌우하는 파운드리 공정의 중요성도 커지고 있다.

최 PL은 "4나노 초저전력 공정 기술을 선제적으로 도입해 HBM4 베이스 다이 개발과 양산에 기여했다. 초저전력 고성능 기술을 통해 데이터 처리 속도를 높일 수 있었다"고 말했다.

최정민 삼성전자 파운드리사업부 기술개발실 프로젝트리더. ⓒ삼성반도체 뉴스룸

삼성전자는 HBM4에 10나노급 6세대인 1c D램과 자체 4나노 공정 기반 베이스 다이를 적용했다. 메모리와 파운드리, 첨단 패키징 사업을 함께 보유한 구조를 활용해 HBM을 구성하는 D램과 베이스 다이의 공정을 동시에 최적화한 것이다.

최 PL의 경력도 이 같은 사업 간 결합을 보여준다. 그는 2001년 삼성전자 메모리사업부에 입사해 약 8년간 고속 정적램(SRAM) 제품 개발과 양산을 담당했다. 2008년 말 파운드리사업부로 이동한 뒤에는 45나노부터 4나노에 이르는 로직 공정 개발과 양산 업무를 수행했다.

최 PL은 "메모리사업부에서는 체계적인 양산을 경험했고 파운드리사업부에서는 미래 기술과 고객 수요에 맞춘 기술을 함께 경험했다"며 "현장에서 배운 모든 경험이 좋은 양분이 됐다"고 말했다.

4나노 초저전력 공정 개발 과정이 순탄했던 것은 아니다. 초기 실험에서 원하는 결과가 나오지 않자 최 PL은 압력과 온도, 설비 출력, 가스 유량 등 기본적인 공정 변수부터 다시 점검했다. 반복적인 검증 끝에 문제의 원인을 찾아내고 공정 완성도를 높였다.

최 PL은 복잡한 반도체 공정의 상호작용을 예측하기 위해 '1+1=5'라는 업무 원칙도 세웠다. 서로 다른 두 공정이 결합할 때 나타날 수 있는 긍정적·부정적 현상을 각각 5가지 이상 미리 적고 검증하는 방식이다.

그는 "반도체 집적도가 높아지면서 서로 다른 두 공정이 만나면 5가지 이상의 상호작용이 나타날 수 있다"며 "예상 현상을 미리 정리하고 검증할수록 업무 효율과 기술에 대한 이해를 높일 수 있었다"고 설명했다.

업계에서는 HBM4부터 메모리 업체의 경쟁력이 D램 자체의 성능뿐 아니라 베이스 다이 설계와 파운드리 공정, 패키징 역량에 의해 좌우될 것으로 보고 있다. 삼성전자로서는 이번 공정 개발 성과가 HBM4의 제품 경쟁력과 함께 파운드리 4나노 공정의 활용 범위를 넓혔다는 데 의미가 있다. 최근 AI 반도체와 HBM용 베이스 다이 수요가 늘면서 삼성전자 4나노 공정의 가동률도 개선된 것으로 전해졌다.

최 PL은 "AI 시대를 이끄는 핵심에는 반도체 공정 기술이 있다"며 "후배들이 기술적 어려움에 부딪혔을 때 원인을 분석하고 해결의 실마리를 찾는 방법을 함께 나누는 선배가 되고 싶다"고 말했다.