챗지피티 반도체 공정, 스택이냐 트렌치냐

[산들바람]

반도체 공정: 스택(Stack) vs. 트렌치(Trench)

반도체 제조에서 미세 패턴을 형성하는 방법에는 크게 스택(Stack) 공정과 트렌치(Trench) 공정이 있습니다. 두 방식은 반도체의 성능과 밀도를 높이는 데 중요한 역할을 하며, 특히 DRAM과 NAND 플래시 메모리 제조에서 차별화됩니다.

1. 스택(Stack) 공정이란?

✔ 정의:

반도체 칩의 층을 위로 쌓는 방식.

적층(Stacking) 기술을 활용하여 칩 밀도를 높임.

3D NAND, HBM(High Bandwidth Memory), TSV(Through Silicon Via) 공정에서 주로 사용.

✔ 특징:

✅ 공간 활용 극대화 → 면적이 아닌 높이로 용량 증가.

✅ 공정 단순화 가능 → 2D 대비 동일 면적에서 고용량 구현.

✅ 소형화 및 저전력 가능 → 전력 소비 절감 효과.

❌ 공정이 복잡 → 정밀한 층간 연결(비아, TSV) 필요.

❌ 적층 한계 존재 → 층수가 늘어날수록 신호 지연 및 열 발생 문제.

✔ 주요 적용 사례:

3D NAND 플래시 메모리 → 삼성, SK하이닉스, 마이크론이 주도.

HBM(고대역폭 메모리) → AI 반도체, GPU, 서버 메모리에 사용.

TSV(실리콘 관통 비아, Through-Silicon Via) → 3D 패키징 기술 적용.

2. 트렌치(Trench) 공정이란?

✔ 정의:

반도체 칩에 깊은 트렌치(홈, Groove)를 새겨서 회로를 형성하는 방식.

깊은 트렌치 커패시터(Deep Trench Capacitor, DTC) 기술을 활용.

DRAM, 고속 SRAM, 일부 전력 반도체에서 사용.

✔ 특징:

✅ 높은 집적도 가능 → 면적 효율성이 뛰어남.

✅ 우수한 전력 효율 → 커패시터 구조가 전력 소모 감소에 기여.

✅ 고속 신호 처리 가능 → 전기적 특성이 우수함.

❌ 공정 난이도 증가 → 깊은 트렌치를 균일하게 식각해야 함.

❌ 한계점 존재 → 특정 공정(특히 미세 DRAM)에서 더 이상 확장 어려움.

✔ 주요 적용 사례:

DRAM 커패시터 설계 → 삼성전자, SK하이닉스가 활용.

고성능 SRAM → 일부 고속 프로세서에서 사용.

전력 반도체(IGBT, SiC, GaN) → 전기차, 산업용 전력반도체에서 활용.

3. 스택과 트렌치의 비교

4. 최신 반도체 공정에서 스택 vs. 트렌치

✅ DRAM – 트렌치 방식에서 스택 방식으로 전환

기존 DRAM 공정에서는 트렌치 커패시터를 활용했지만, 미세화 한계로 인해 최근에는 스택 커패시터 방식으로 전환.

삼성전자, SK하이닉스는 하이-K 물질을 사용한 스택 커패시터 기술을 적용 중.

✅ NAND 플래시 – 2D(트렌치)에서 3D(스택)로 전환

초기 NAND는 트렌치 기반의 2D 구조였으나, 2D 공정 미세화 한계 도달.

현재는 **3D NAND(적층 스택 구조)**로 완전히 전환.

삼성전자, SK하이닉스, 마이크론이 200단 이상 적층된 3D NAND 개발 중.

✅ AI 반도체 & GPU – 스택 기반 HBM 메모리 필수

AI 반도체, 고성능 GPU에서는 **HBM(High Bandwidth Memory)**이 중요.

HBM은 여러 개의 DRAM 다이를 TSV(실리콘 관통 비아)로 연결하는 스택 방식.

삼성, SK하이닉스, 마이크론이 HBM4 개발 중.

5. 결론: 스택 vs. 트렌치, 누가 더 중요한가?

✔ NAND 플래시, HBM, 패키징 기술 → 스택 방식이 대세

✔ 일부 DRAM 및 전력 반도체 → 트렌치 방식 여전히 유효

✔ 반도체 산업의 미세화 및 3D 구조화 → 스택 기술이 핵심 트렌드

결국 반도체의 미세화와 성능 향상 추세에 따라 "스택(Stack) 방식"이 점점 더 중요해지고 있으며, 트렌치 방식은 일부 특수한 분야에서 유지되고 있습니다.