HBM처럼 쌓기 어려웠던 로직 칩. 이제 쌓아서 성능 한계에 도전한다.

HBM처럼 쌓기 어려웠던 로직 칩. 이제 쌓아서 성능 한계에 도전한다.

AI 시대 반도체의 핵심 부품인 HBM은 메모리 칩을 수직으로 쌓아 성능을 끌어올렸다. 메모리는 구조가 단순해 따로 만들어 붙이는 방식이 가능했다. 연산을 담당하는 로직 칩은 달랐다.

만들면서 동시에 쌓아야 성능이 극적으로 올라가는데 층을 올릴 때마다 1,000도에 가까운 고온 공정이 필요해 아래 층 회로가 손상됐다. 수십 년간 업계가 풀지 못한 문제였다.

일리노이 대학교 연구팀은 두께 10나노미터 초박막 실리콘 막을 200도 이하 저온으로 올리는 방식으로, 아래 층을 손상시키지 않고 로직 회로를 층층이 쌓는 데 성공했다. 수율은 98~100%로 상업 생산 수준에 가깝다. 기존 반도체 공정과 호환이 가능하다는 점도 주목할 부분이다.

층 사이 연결 방식도 근본적으로 다르다. 기존 3D 칩은 완성된 층을 붙인 뒤 구멍(TSV)을 뚫어 연결하는데, 이번 방식은 층을 만들면서 동시에 나노미터 단위 금속 배선으로 연결한다.

연결 밀도가 기존 방식과 비교가 안되고, 3층 구조 안에 로직 회로와 메모리를 동시에 구현했다.

지금까지 따로 존재하던 연산과 저장이 한 칩 안에서 나노미터 거리로 연결되는 혁신적인 구조가 처음으로 가능해진다.

로직과 메모리가 한 칩 안에서 처리되면 HBM을 따로 붙이는 방식의 필요성이 장기적으로 줄어들 수 있 다는 점이다.

결국  HBM 시장에 장기적 변수가 될 수 있으며,EUV 노광 장비 의존도가 낮아져 반도체 공급망 구조에도 영향을 줄 수 있다.

IBM, Intel, TSMC가 이미 산업 파트너로 참여하고 있고, 연구팀은 현재 상용 파운드리로 공정 이전을 준비 중이다. 연구진은 “모놀리식 통합이야말로 3D 칩의 진짜 가능성을 여는 것”이라고 밝혔다.

상용화까지는 아직 5~10년이 걸리겠지만 수십 년간 막혀있던 문이 처음으로 열리는 것이다.

출처: Nature, 2026년 5월 30일

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Economist John