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어플라이드머티어리얼즈, 차세대 메모리 생산 솔루션 출시
혁신적 대량 생산 솔루션 공개…원자 단위 정밀도로 차세대 메모리 핵심 신소재 증착
2019년 07월 17일 17:15:38 강석오 기자 kang@datanet.co.kr

[데이터넷] 재료공학 솔루션 글로벌 선도기업 어플라이드머티어리얼즈(한국대표 이상원)는 사물인터넷(IoT), 클라우드 컴퓨팅 등에 사용되는 차세대 메모리 양산을 위한 혁신적인 대량 생산 솔루션을 공개했다.

DRAM, SRAM, NAND 플래시 등의 메모리 기술은 수십 년 전 개발돼 현재 디지털 기기와 시스템에 널리 사용되고 있다. 그러나 MRAM(Magnetic RAM), PCRAM(Phase Change RAM), ReRAM(Resistive RAM)과 같은 차세대 메모리는 기존 메모리에 비해 차별화된 장점을 가지고 있지만 대량생산이 어려운 신소재에 기반을 둬 상용화에 어려움을 겪고 있다.

이에 어플라이드머티어리얼즈는 차세대 메모리에 사용되는 핵심 물질인 새로운 금속 물질들을 원자층 단위의 정밀도로 증착할 수 있는 새로운 대량 생산 시스템을 출시했다. 

IoT에 적합한 MRAM 생산을 지원하는 ‘엔듀라 클로버(Endura Clover) MRAM PVD’ 플랫폼은 고청정∙고진공 상태를 유지한 상태로 조합된 최대 9개의 독특한 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다. 이 플랫폼은 각각의 챔버당 최대 5개 개별 물질 박막을 증착할 수 있는 업계 최초의 대량 생산용 300mm MRAM 시스템이다.

   
▲ 엔듀라 클로버 MRAM PVD 플랫폼

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

엔듀라 클로버 MRAM PVD 플랫폼은 증착한 박막들의 두께를 외부 대기에 노출될 위험 없이 1옹스트롬(1Å=0.1nm) 이하의 정밀도로 측정 및 모니터링해 원자 수준의 박막 균일도를 보장하는 내장형 계측기를 탑재하고 있다.

PCRAM과 ReRAM을 위한 ‘엔듀라 임펄스(Endura Impulse) PVD’ 플랫폼은 차세대 메모리에 사용되는 다성분계 소재의 정밀한 증착과 통제가 가능하게 해주는 내장형 계측기(OBM: On-Board Metrology)와 함께 최대 9개 웨이퍼 공정 챔버들로 구성된다.

PCRAM과 ReRAM은 서버용 DRAM과 저장장치 사이의 가성비 측면에서 그 격차를 채워줄 수 있는 일명 ’스토리지급 메모리(Storage Class Memory)’로 사용될 수 있다. 즉 고속, 비휘발성, 저전력, 고밀도의 메모리다.

   
▲ 엔듀라 임펄스 PVD 플랫폼

프라부 라자(Prabu Raja) 어플라이드머티어리얼즈 반도체 제품 그룹 부사장은 “새로 출시한 엔듀라 클로버 MRAM PVD 플랫폼은 어플라이드머티어리얼즈가 지금까지 개발한 반도체칩 생산용 시스템 가운데 가장 정교한 시스템이다”고 강조했다.

이어 그는 “보유하고 있는 광범위한 포트폴리오는 내장형 계측기와 함께 다양한 신소재공학 기술을 통합해 지금까지 현실에서 구현할 수 없었던 새로운 박막과 구조를 만들 수 있게 했다”며 “이는 컴퓨팅 산업에서 요구하는 성능 향상과 함께 소모전력 비용의 감소를 동시에 충족시킬 수 있는 완전히 새로운 방법이 될 수 있다”고 밝혔다.

진성곤 SK하이닉스 첨단 박막 기술 담당은 “SK하이닉스는 기존 DRAM, NAND 플래시 관련 기술을 지속적으로 혁신하는 한편 데이터센터의 성능을 대폭 향상시키고 동시에 소비전력을 낮추는데 도움을 줄 수 있는 차세대 메모리 개발을 주도하고 있다”며 “유망 차세대 메모리를 위해 SK하이닉스와 협업하며 신소재 및 대량 생산 기술 개발 속도를 높이고 있는 어플라이드머티어리얼즈 성과를 높이 평가한다”고 전했다.

IoT 위한 MRAM … 클라우드에 활용되는 ReRAM∙PCRAM

MRAM은 IoT 기기의 소프트웨어, 인공지능(AI) 알고리즘을 저장하는 용도에 가장 적합한 메모리 후보 중 하나다. 

MRAM은 일반적으로 하드디스크 드라이브에서 사용되는 고감도 자성 소재들을 포함하고 있다. MRAM은 본질적으로 비휘발성과 빠른 속도라는 특성을 지닌다. 따라서 전원이 제거됐을 때에도 소프트웨어와 데이터를 유지할 수 있고, 빠른 속도와 높은 반복 기록 횟수로 지금까지 레벨3 캐시에 사용되는 SRAM을 대체할 수 있다.

MRAM은 IoT 칩의 BEOL(Back-End-Of-Line) 층 사이에 위치할 수 있어 MRAM을 위한 추가적인 다이(Die) 면적을 최소화할 수 있기 때문에 다이 소형화와 비용 절감도 가능하다.

ReRAM은 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.

PCRAM은 DVD 디스크에 이미 사용되는 상변화 소재를 이용한다. PCRAM은 이 소재를 비결정질(amorphous)과 결정질(crystalline) 등으로 가역적으로 상변화시키고 그로 인해 발생된 상변화 소재의 저항 차이를 이용하여 정보를 저장한다.

ReRAM과 PCRAM은 3D NAND 플래시와 유사하게 3D 구조로 배열할 수 있어 메모리 제조사는 각 제품의 세대별로 메모리 레이어를 계속 추가하는 방식으로 메모리 용량을 지속적으로 증가시키고 제조 비용을 절감할 수 있다. 또한 ReRAM과 PCRAM도 각각 한 셀 안에서 전기 전도도와 저항을 여러 단계로 변화시킬 수 있어 NAND 플래시처럼 각 메모리 셀에 여러 비트의 데이터를 저장하게 할 수 있다.

ReRAM과 PCRAM모두 NAND 플래시 메모리와 하드디스크보다는 현저히 빠른 읽기 성능과 함께 DRAM 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.

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