메모리 반도체 ‘세대교체’… M램·Re램 시대 열린다

메모리 반도체 ‘세대교체’… M램·Re램 시대 열린다

10나노이후 D램 캐패시터 공정개선 한계 도달
삼성·SK하이닉스 등 차세대 메모리 연구 박차
이론 검증 끝나… 2018년 이후 장비 개발 예상 

D램과 낸드플래시를 대체할 수 있는 차세대 메모리 반도체의 등장이 머지않았다는 전망이 나오고 있다. D램의 경우 16나노 공정이 사실상 '최종단계'로 여겨지고 있고 낸드플래시의 경우 이미 추가 미세화가 어려울 것으로 예상하는 상황이다. 업계 전문가들은 D램과 낸드를 대신할 M램과 Re램, N램 등이 이르면 3년내 양산에 돌입할 것으로 예상하고 있다. 

15일 반도체 업계에 따르면 세계 최대의 장비업체인 ASML을 비롯한 다수 반도체 관련 기업이 현존하는 D램 양산 구조로는 현재 최첨단 기술인 20나노의 다음 세대인 16나노가 사실상 마지막 단계일 것으로 예상하고 있다. 이에 따라 삼성전자, SK하이닉스, 난테라 등 주요 반도체 기업은 그동안 '실험실'에만 갇혀있던 M램, Re램 등 차세대 메모리 연구에 박차를 가하고 있다.

D램이 16나노 이후로는 미세화가 어려울 것이라는 판단은 D램 캐패시터(Capacitor) 공정 개선이 이미 한계치에 도달했기 때문이다. 

국내 반도체 업계 관계자는 "10나노 이후로 D램 공정을 미세화하려면 셀 크기 축소를 위해 캐패시터 크기를 줄여야 하는데 박막 두께 감소, 하이케이 재료와 이에 맞는 전극 채택 모두 한계에 달했다"고 설명했다.

D램과 낸드의 대안으로 부상한 M램과 Re램은 저항효과를 이용해 구동하는 메모리 반도체다. 자기저항 효과를 이용하는 M램은 자기터널접합(MTJ)에 전류를 주입하는 STT-MRAM 형태로 발전해 왔고, SK하이닉스와 도시바가 주도적으로 개발하고 있다. Re램은 저항을 이용한 반도체로 전압의 세기에 따라 온오프(On-Off)를 변환하는 성질을 갖고 있다.

M램과 Re램이 차세대 메모리로 각광 받는 이유는 전원이 끊겨도 정보가 사라지지 않는 비휘발성이고 속도와 내구성이 기존 메모리 반도체에 비해 수십배에서 수백배 높아지기 때문이다. 또 기존 메모리 반도체보다 내부 구조도 비교적 단순한 편이어서 극자외선 노광장비(EUV)를 적용할 경우 이론적으로는 2나노 수준까지 미세화가 가능하다.

도현우 미래에셋증권 연구원은 "차세대 메모리는 수십년 전부터 개발돼 왔지만 D램과 낸드의 단가 경쟁력에 밀려 일부 특수 용도로만 상업 생산해 왔다"며 "하지만 최근 1년간 D램, 낸드 공정 한계가 가시화되자 양산 논의가 급격하게 진행 중"이라고 말했다.

차세대 메모리는 이미 많은 선행 연구 개발을 통해 이론적은 검증은 끝난 상황이다. 문제는 생산성의 확보다. 반도체 업계에서는 M램, Re램에 진입하기 위해 미세화 수준과 신뢰도를 높이는 과제가 남아있는 것으로 관측하고 있다. 전문가들은 최적의 재료를 선택해 이를 균일하고 미세하게 증착할 수 있는 장비를 개발하는 시점을 2018년 이후로 예상하고 있다.