반도체가 다시 무한 경쟁에 돌입한다. 미세 공정 한계 속 빠르게 늘어나는 수요를 충족하기 위한 신기술 개발을 본격화했다.

4일 업계에 따르면 SK하이닉스 김춘환 부사장은 지난달 개막한 세미콘코리아 2024 기조연설을 맡아 미래 반도체 발전 계획을 밝혔다.

생성형 AI로 다시 고성능 반도체 수요가 늘어나는 상황, 미세 공정 한계를 넘어서기 위해 3D D램과 버티컬(수직) 게이트, 하이브리드 본딩 등 새로운 기술을 도입하겠다는 내용이다.

김 부사장은 10나노 이하 D램, 400단 이상 낸드플래시부터 새로운 기술을 적용할 것으로 예상하며 HBM3E에 이어 2026년 HBM4 양산 계획도 함께 소개했다. 맞춤형 반도체를 만들기 위한 패키징 기술 확대도 예고했다.

김 부사장뿐 아니다. 이번 세미콘에서는 새로운 반도체 구조와 이를 위한 소재 및 장비 기술, 최첨단 패키징에 활용할 수 있는 소부장 업계들도 나섰다. ASML은 물론 TC본더 장비 업체인 한미반도체와 HBM 테스트 장비 기업인 넥스틴, 그리고SK엔펄스 등이 차세대 기술을 소개했다.

컨퍼런스에서도 차세대 공정과 기술에 대한 관심은 이어졌다. 특히 HBM과 하이브리드 본딩에서 중요성이 높아진 CMP와 세정 공정에 대한 자리도 따로 마련돼 눈길을 끌었다. 삼성전자와 SK하이닉스는 물론 imec 등 글로벌 관련 업계가 참가해 과제를 제시했다.

아울러 EUV 고도화와 3D 구조에서도 사용할 수 있는 에칭 방법 '고종횡비 컨택(HARC)' 등도 논의 됐다.미세 공정과 관련한 내용도 있었지만 상대적으로 비중은 낮은 모습이다. 원자층까지 활용한 증착과 에칭, 차세대 금속 소재를 활용한 도핑과 평면형 게이트 구조인 BCAT(Buried Cell Array Transistor) 고도화 방법 등도 제시됐다.

한동안 침체에 빠졌던 반도체 업계가 모처럼 차세대 공정 경쟁에 집중하게된 이유는 시장 변화다. 지난해 반도체 시장 침체로 첨단 공정 개발 비용 조차 부담이었지만, AI를 중심으로 수요가 빠르게 회복하면서 HBM 등 고성능 반도체는 이미 공급 부족이 심화된 상태다.

오랜 부진에 빠져있던 서버 업계도 최근 들어 여유 자금을 확보할 수 있게 됐다. 마이크로소프트(MS)와 구글, 아마존까지도 클라우드 사업을 중심으로 한 어닝 서프라이즈를 달성했다. AI 수요를 충족하기 위해 반도체를 대거 확보하겠다고 예고하기도 했다.

반도체 업계도 이미 서버향 수요 증가를 확인한 상태다. 삼성전자와 SK하이닉스 등은 최근 컨퍼런스콜을 통해 서버향 제품이 실적 개선에 크게 기여했다고 밝히기도 했다.

한 업계 관계자는 "HBM은 올해는 물론이고 내년까지도 추가 공급이 어려울 수 있고, 낸드플래시도 서버 업계가 다시 스토리지를 늘리면서 재고가 빠르게 줄어드는 분위기"라며 "향후 5년 정도는 AI 서버와 기기에서 사용할 수 있는 고성능 반도체를 얼마나 좋고 빠르게 공급할 수 있느냐에 따라 희비가 갈릴 것"이라고 전망하기도 했다.

이에 따라 반도체 업계는 사업 구조를 바꾸고 첨단 기술 경쟁에 사활을 거는 모습이다. 업계에 따르면 SK하이닉스는 HBM 성공을 발판으로 관련 조직 규모를 당초보다 대폭 늘리면서 미래 경쟁력 확보에 총력을 기울이고 있다. 삼성전자는 HBM 경쟁 추격과 함께 3D D램과 4F 스퀘어 등 미세 공정 로드맵을 구체화하며 '초격차'를 다시 확보하기 위한 대대적인 투자에 나섰다.