Update2024.05.09 (목)
하이브리드 메모리 반도체가 기존 메모리 반도체 성능을 향상시키고 새로운 시장을 창출할 것이라는 전망이 나왔다.
제2회 반도체·디스플레이 기술로드맵 세미나가 2월9일 엘타워에서 개최됐다.
이날 노재성 SK 하이닉스 수석연구위원은 ‘메모리반도체 동향 및 로드맵’ 발표를 통해 올 하반기 중 3D NAND 플래쉬 양산에 돌입할 것을 밝혔다.
ICT 동향은 유저가 원하는 것이 무엇이냐고 결정되기 때문에 컨슈머 트렌드에 따라 산업은 발전하게 된다면서, 최근 늘어나는 데이터 양과 이를 처리할 연산 장치들의 수요급증으로 DRAM 시장의 2018년까지 연평균 성장률(CAGR)은 26.7%에 달하고, 낸드 플래시 역시 모바일과 SSD 수요로 인해 연평균 49.5% 성장할 것이라고 전망했다.
증가하는 수요를 감당하기 위해서 더 많은 공장을 지어 생산설비를 늘리는 증설보다는 2x에서 시작된 20나노급 제품을 2y를 거쳐 2z급 까지 스케일링과 공정 기술을 통해 만족시켜왔다.
이같은 스케일링 다운은 그 도달 시기의 빠르고 느림을 떠나서 1x급으로 더 작아지는 것은 당연한 추세이고, 그러기 위해서는 공정기술, 속도&저전력, 집적화, 저가의 4가지 목표를 모두 충족해야 가능한 일이다.
예를 들면 원하는 캐패시턴시(정전용량)을 얻지 못하는 것을 어떻게 해결할 것인가 하는 공정상 문제점을 극복하는 법, 가장 큰 이슈 중 하나인 가격절감을 어떻게 이뤄낼 것인가 하는 문제는 스케일링 다운의 근본 목적이 가격절감이기 때문에 비용이 증가하면 의미가 없는 일이 된다.
요구되는 밴드위스(Bandwidth)는 0Gbps에서 4G, 5G까지 갈수록 커지고, 저전력에 대한 요구 또한 1.8v였던 것이 1.0v 대 까지 동작전원이 내려왔다.
SK 하이닉스는 저전력 달성을 위해서는 기존 DRAM은 oxynitride(옥시나이트라이드)를 사용해 왔는데, 기존 로직 분야에서 사용했던 high-K메탈을 DRAM에도 도입해야 한다는 것을 신중히 검토·준비하고 있다고 밝혔다.
저장하는 데이터의 종류가 기존과 다르게 동영상, 사진, 음성과 같이 용량이 큰 형태가 많아서 서버 모듈 용량 증가에 대한 요구 또한 높다.
SK하이닉스는 이를 타개할 방법으로 TSV(Through silicon Via)적층 방법을 택했다. TSV적층은 고용량, 고성능, 저전력이 가능해 컴퓨팅 메모리, 모바일, 그래픽 등 다양한 곳에 적용할 수 있는 기술로 향후에는 메모리 뿐만 아니라 로직 적층기술이 활발해 질 것이라고 전했다.
특히 그래픽 DRAM인 HBM(High Bandwidth Memory)는 차세대 메모리 솔루션으로 2Gb(기가비트)를 4개 적층해서 1GB(기가바이트)를 구현하는 하이닉스 1세대 HBM을 제작 중이라고 밝혔다. 이것이 10㎚(나노미터)수준까지 가면 이중 패터닝 이상으로 가야해서 ArF-i의 한계가 오면 EUV(Extream Ultra Violet)으로 기술이 옮겨갈 것이다.
현재 EUV는 광원문제, 파티클 문제 등 진입 장벽이 있어 도입시기는 미지수이기 때문에, 재료·장비를 다루는 협렵사들은 한가지 제품에 몰두할 것이 아니라 다양한 제품에 초점을 맞춰 가격절감을 위한 노력을 기울여 줄 것을 당부했다.
NAND의 경우 25㎚ 정도로 작아지면 들어가는 전자 수가 급격히 감소해 크기감소에는 한계가 있고, 간섭(Interference), 누수(Leakage), 전기장 등의 문제가 생기기 때문에 3D에 대한 요구는 늘어가는 추세다. 무엇보다도 크기를 줄여서 얻는 창출 수익이 없어 더 이상 2D FG(Floating Gate)에서 스케일링 다운은 의미가 없다.
이에 하이닉스는 도시바, 삼성에 이어 올해 하반기 중 3D NAND 양산에 들어갈 것이고, 이를 통한 비용 절감을 기대했다. 기존 SRAM, DRAM, NAND, HDD로 채워졌던 컴퓨팅 시스템에 새로운 비휘발성 메모리들이 등장해 기존 메모리들의 한계를 채울 것이라고 전망했다.
이제는 PC속도가 CPU자체보다 메모리들을 통해 결정나기 때문에 메모리들 간극을 메워줄 다양한 모델이 등장할 것이라는 설명이다. PcRAM의 경우 완성도가 높아 조만간 상용화가 가능하고, STT RAM은 DRAM과 속도가 비슷할 만큼 빨라서 모바일에서 강세를 보일 것으로 예상되며, 최근 임베디드 타입의 수요가 강해서 미국계 A사는 2016년까지 임베디드 메모리 출시를 발표하기도 했다.
이들 새로운 메모리 들은 기존 메모리들을 대체하는 것이 아니라 새로운 메모리 입지를 다지면서 기존 메모리들의 성능을 향상시키는데 일조할 전망이다.
노재성 연구위원은 “DRAM은 1년~1년반을 주기로 계속해서 6F2공정으로 1y㎚급까지 스케일링을 지속할 것이고, NAND의 경우 2D는 64Gb를 1x까지 양산을 마무리하고, 3D를 올해 중 시작해 적층 수를 증가하는 방향으로 4세대까지 개발할 계획”이라고 전했다.
