[첨단 헬로티]

▲ 최범진 어플라이드 머티어리얼즈 상무

메모리 신소재…원자 단위 정밀도로 증착

D랩(DRAM), S램(SRAM), 낸드(NAND) 플래시 등의 메모리 기술은 수십 년 전 개발돼 오늘날 디지털 기기와 시스템에 널리 사용되고 있다. M램(MRAM : Magnetic RAM), PC램(PCRAM : Phase Change RAM), Re램(ReRAM : Resistive RAM)과 같은 차세대 메모리는 기존 메모리에 비해 차별화된 장점을 가지고 있지만 대량 생산이 어려운 신소재에 기반을 두고 있어서 상용화에 어려움을 겪어 왔다.

이 같은 걸림돌을 해소하기 위해 어플라이드 머티어리얼즈는 차세대 메모리에 사용되는 핵심 물질인 새로운 금속 물질들을 원자층 단위의 정밀도로 증착할 수 있는 새로운 대량 생산 시스템을 출시했다고 밝혔다.

이 같은 내용을 중심으로 7월 17일, 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials) 코리아는 그랜드 인터콘티넨탈 서울 파르나스 호텔에서 기자간담회를 갖고 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅에 사용되는 차세대 메모리 양산을 위한 대량 생산 솔루션을 공개했다.

▲ Endura® Clover™ MRAM PVD 플랫폼

IoT에 적합한 M램 생산 지원

컴퓨터 산업은 센서와 컴퓨터, 정보통신 기능 등이 통합돼 주변 환경을 모니터링하고 의사 결정을 내리며 그 결과를 클라우드 데이터센터에 전달하는 수백억 기기들로 이루어진 사물인터넷(IoT) 시스템을 구축하고 있다. M램(MRAM)은 IoT 기기의 소프트웨어, 인공지능(AI) 알고리즘을 저장하는 용도에 적합한 메모리 후보 중 하나다.

M램은 일반적으로 하드디스크 드라이브에서 사용되는 고감도 자성 소재들을 포함하고 있다. 본질적으로 M램은 비휘발성과 빠른 속도라는 특성을 지닌다. 따라서 전원이 제거되었을 때에도 소프트웨어와 데이터를 유지할 수 있고, 빠른 속도와 높은 반복 기록 횟수로 지금까지 레벨3 캐시에 사용되는 S램을 대체할 수 있을 것으로 기대되고 있다. M램은 IoT 칩의 BEOL(Back-End-Of-Line) 층 사이에 위치할 수 있어서 M램을 위한 추가적인 다이(Die) 면적을 최소화할 수 있기 때문에 다이(Die) 소형화와 비용 절감이 가능하다.

M램은 진공을 유지한 상태로 최소 30층 이상의 정밀한 박막의 연속 증착이 요구된다. 그 중 일부는 사람의 머리카락보다 50만 배 얇은 것도 있다. 또한 원자 지름 정도의 작은 두께 변화가 전체 메모리 소자의 성능과 신뢰도에 중대한 영향을 미칠 수 있다.

이번 기자간담회에서 최범진 어플라이드 머티어리얼즈 상무는 “Endura® Clover™ M램 PVD 플랫폼은 증착한 박막들의 두께를 외부 대기에 노출될 위험 없이 1옹스트롬(1Å=0.1nm) 이하의 정밀도로 측정 및 모니터링해 원자 수준의 박막 균일도를 가진 내장형 계측기를 탑재하고 있다”고 전했다.

또한 “IoT에 적합한 M램 생산을 지원하는 ‘Endura® Clover™ MRAM PVD’ 플랫폼은 고청정·고진공 상태를 유지한 상태로 조합된 최대 9개의 독특한 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다. 이 플랫폼은 각각의 챔버 당 최대 5개의 개별 물질 박막을 증착할 수 있는 업계 최초의 대량 생산용 300mm M램 시스템이다”고 덧붙였다.

▲ Endura® Impulse™ PVD 플랫폼

클라우드에 활용되는 Re램·PC램

데이터 양이 기하급수적으로 늘어남에 따라 클라우드 데이터센터는 서버와 저장 시스템 사이에 연결된 데이터 경로의 속도, 저장 시스템의 전력 소모를 수십 배 수준으로 개선해야 한다.

Re램과 PC램은 서버용 D램과 저장장치 사이의 가성비 측면에서 그 격차를 채워줄 수 있는 일명 ’스토리지급 메모리(Storage Class Memory)’로 사용할 수 있다. 다시 말해 고속·비휘발성·저전력·고밀도의 메모리다.

Re램은 퓨즈(fuse)와 유사한 기능을 하는 신소재를 사용한다. 수십억 개 스토리지 셀 중에서 원하는 각각의 셀에 선택적으로 필라멘트를 형성시키고 그로 인한 전기 전도도의 차이를 발생시켜 데이터를 저장한다.

반면 PC램은 DVD 디스크에 이미 사용되는 상변화 소재를 이용한다. PC램은 이 소재를 비결정질(amorphous)과 결정질(crystalline) 등으로 가역적으로 상변화시키고 그로 인해 발생된 상변화 소재의 저항 차이를 이용하여 정보를 저장한다. Re램과 PC램은 3D NAND 플래시와 유사하게 3D 구조로 배열할 수 있어서 메모리 제조사는 각 제품의 세대별로 메모리 레이어를 계속 추가하는 방식으로 메모리 용량을 지속적으로 증가시키고 제조비용을 절감할 수 있다.

또한 Re램과 PC램도 각각 한 셀 안에서 전기 전도도와 저항을 여러 단계로 변화시킬 수 있어 NAND 플래시처럼 각 메모리 셀에 여러 비트의 데이터를 저장하게 할 수 있다.

Re램과 PC램모두 NAND 플래시 메모리와 하드디스크보다는 현저히 빠른 읽기 성능과 함께 D램 보다 훨씬 저렴한 가격을 보장한다. ReRAM은 컴퓨팅 소자와 메모리 소자를 하나의 칩에 통합해 Al 컴퓨팅과 관련된 데이터 흐름의 병목현상을 극복할 수 있는 미래의 인메모리(in-memory) 컴퓨팅 아키텍처 분야에서 가장 유력한 차세대 주자다.

최범진 어플라이드 머티어리얼즈 상무는 “PC램과 Re램을 위한 ‘Endura® Impulse™ PVD’ 플랫폼은 차세대 메모리에 사용되는 다성분계 소재의 정밀한 증착과 통제가 가능하게 해주는 내장형 계측기(On-Board Metrology·OBM)와 함께 최대 9개 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다”고 설명했다.

이어 “PC램과 Re램을 위한 어플라이드 머티어리얼즈 Endura® Impulse™ PVD 플랫폼은 차세대 메모리에 사용되는 다성분계 소재의 정밀한 증착과 통제가 가능하게 해주는 내장형 계측기와 함께 최대 9개 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다”고 소개했다.

▲ 7월 17일, 어플라이드 머티어리얼즈(Applied Materials) 코리아는 그랜드 인터콘티넨탈 서울 파르나스 호텔에서 기자간담회를 갖고 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅에 사용되는 차세대 메모리 양산을 위한 대량 생산 솔루션을 공개했다.