〈프론티어연구개발사업〉 미래창조과학부

〈차세대 비휘발성 메모리 사업단〉 산업통상자원부

휘발성 메모리(volatile memory)는 저장된 정보를 유지하기 위해 전기를 요구하는 컴퓨터 메모리를 말하며 임시 메모리라고 한다. 대표적인 휘발성 메모리에는 동적램(DRAM), 정적램(SRAM)을 포함한 랜덤 액세스 메모리(RAM)가 있다. 정적램은 플립플롭 방식의 메모리 셀을 가진 임의 접근 기억장치를 말하며, 전원 공급이 계속되는 한 자료가 보관된다. 주로 소용량의 메모리나 캐시메모리에 사용된다. 동적램은 정적램보다 처리 속도가 늦지만 가격이 더 저렴한 이점이 있다.

플래쉬 메모리는 소비 전력이 적고 전원이 꺼지더라고 저장된 정보가 보관되는 비휘발성 메모리이다. 스마트폰 등 전자기기의 외부 저장장치로 사용되고 있다. FERAM(Ferroelectric RAM)은 신개념의 메모리로 D램의 고집적도, S램의 고속동작, 플래시메모리의 비휘발성 등의 특징을 가지고 있다.

1. D램

반도체의 단기적인 관점에서는 50나노급 메모리(D램, 플래시 등) 제조설비를 우선적으로 하여 IT기반 융합화 진전에 따른 나노급 메모리수요를 따라갈 수 있어야 하며, 30나노급(450mm) 메모리 제조설비 기술을 개발해 메모리 분양 중국의 추월을 회피하기 위해 선행투자가 필요한 실정이다.

2. SET로직소자 제작

SET은 전자 한 개로 작동하는 트랜지스터로 고집적화가 가능할 뿐만 아니라 전자 1개만으로 데이터를 처리하므로 전력소비량을 밀리와트에서 마이크로와트 수준으로 획기적으로 줄일 수 있는 메모리이다. 테라급나노소자개발사업단은 기가급 반도체의 메모리 및 처리속도가 1,000배 이상 향상된 테라급소자개발을 목표로 2000년 7월 출범해 2010년 3월에 사업을 종료했다. 테라급 나노일렉트로닉스, 마그네토일렉트로닉스, 나노 요소기술, 실리콘 기반의 테라비트급 비휘발성 메모리 개발, SET(Single Electron Transistor) 로직 소자 개발 그리고 테라비트급 탄소나노튜브 전자 소자 개발 등 40여개 세부과제를 추진하였다.

1∼2단계 사업에 이어 3단계(2006.4∼2010.3)사업에서는 테라급 나노소자 제작 및 제작된 소자에 대한 신뢰성 및 평가법 개발을 추진하였고, 향후 반도체 소자의 당면한 기술적 한계를 극복하고 초미니 슈퍼컴퓨터와 인식 및 추론 가능한 로봇, 3차원 가상현실사업 등 21세기 핵심기술 사업을 전략적으로 육성하고자 하였다.

3. 차세대메모리 Re램 핵심기술 세계 첫 개발

차세대메모리의 유력후보로 부상하고 있는 저항변화 메모리 (Re램·Resistance Random Access Memory)의 핵심 기술이 국내 연구진에 의해 세계 최초로 개발됐다. Re램은 현 주력 비휘발성메모리인 플래시메모리의 속도 및 대용량화의 한계를 모두 극복하는 ‘포스트 플래시메모리’ 제품군의 하나이다.

비휘발성 메모리의 단위 소자(cell)는, 데이터의 저장상태가 10년 이상 유지되고, 1000만번(10의 7승) 이상의 쓰기·지우기 작동이 가능한 것으로 확인되어, 실용화 가능성이 매우 높은 것으로 분석되었고, 국내 연구팀에 의해 세계 최초로 안정화된 저항변화 물질과 공정 개발에 성공함에 따라 핵심 원천기술의 선점 및 테라비트급의 고용량 차세대메모리 상용화의 시기를 앞당기게 되었다.

4. 플래시메모리

세계의 플래시 메모리 시장이 2012년에는 284억 달러, 2013년에는 301억 달러에 이르렀다. 플래시 메모리 시장은 2013-2018년 5년간 7.8%의 연평균 복합 성장률(CAGR)로 성장을 지속해 2018년에는 493억 달러에 이를 전망이다.

2014년 상반기의 NAND 플래시메모리 시장에서는 공급이 수요를 웃도는 상황이 지속되고 있으나, 3사분기 이후에는 공급이 부족해질 가능성이 높아지고 있다. 이는 Apple이 4.7인치와 5.5인치의 iPhone6, iPad 신모델, iWatch 등을 연달아 투입할 것이라는 소문과 중국에서 4G 스마트폰이 본격적으로 보급될 조짐이 보이는 등 수요를 상승시킬 요인 증가하는 한편, NAND 플래시메모리 공급 측에 생산 확대에 제동을 거는 요인이 존재하기 때문이다.

차세대 메모리 기술은 더 빠르고, 확장 가능성이 높으며, 비용 효율이 뛰어난 메모리 솔루션 수요 증가 등에 힘입어 최근 크게 주목받고 있다. 플래시 메모리와 DRAM 등 현재의 메모리 솔루션은 조만간 확장 가능성 한계에 이를 것으로 예상되며, 이것이 메모리 솔루션 시장의 뚜렷한 제품 개발 활동으로 이어지고 있다. 같은 유효성으로 다양한 응용 분야에 대응할 수 있는 메모리 솔루션의 필요성이 점차 높아지고 있다.

낸드 플래시(NAND Flash) 산업은 2D NAND는 스케일링의 한계에 이르면서, 3D NAND가 2D NAND의 뒤를 잇고 있다. 2D NAND 시대에 근본적인 프로세스 기술은(몇 가지 예외가 있지만) 기본적으로 모든 낸드 플래시 제조업체 사이에서 같다. 그러나 3D NAND 시대에 모든 낸드 플래시 제조업체는 프로세스 실현에서 다양한 다른 3D NAND 컨셉을 개발하고 있다. 다른 프로세스는 각각의 3D NAND 기술 투자 및 제조비용에 영향을 미칠 것으로 전망된다.

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테라급나노소자개발사업단 홈페이지

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신장섭·장성원, 『삼성 반도체 세계 일등 비결의 해부』, 삼성경제연구소, 2006

『플래시 메모리 : 기술과 세계 시장』, BCC Research, 2014