[반도체 시사] 삼성전자, 세계 최초 '3D DRAM' 도전

제품 카테고리에서 DRAM을 다루면서 여러분들의 이해를 돕기 위해 3D DRAM 관련 기사를 공융해드립니다! 

---

스태킹으로 日 꺾은 삼성전자, 세계 최초 '3D D램' 개발 도전

올해부터 3nm tech node를 적용하고 특히 GAA 기술을 함께 적용한다고 해서 삼성전자는 세계 반도체 업계의 큰 주목을 받고 있습니다. 여기서 말씀드리고 싶은 것은 이전 반도체 소자 교육에서 더이상 공정 미세화는 한계에 도달했고 tech node를 줄이는 것만으로는 큰 성능 향상의 제한이 있다고 말씀드렸습니다. 그래서 최근 삼성전자는 DRAM의 데이터 저장용량을 높이고, 데이터처리속도, 저전력 동작을 달성하기 위해 'Stacking'을 적용한다고 발표했습니다. 3D 낸드플래시와 마찬가지로 DRAM도 3D로 적층함으로써 메모리 초격차를 달성의 강수를 두었습니다.

---

• DRAM은 중앙처리장치 (CPU) 혹은 그래픽처리장치 (GPU)가 요구하는 데이터를 임시로 저장하고 처리하는 메모리입니다. DRAM은 수십억개의 셀로 구성되며, 셀 하나에는 1비트가 저장됩니다. 셀은 데이터를 제어하는 Transistor와 전하를 저장하는 Capacitor로 구성됩니다. 셀 하나 당 1Transistor + 1Capacitor로 구성되어 1T1C구조로 불립니다. 셀이 Transistor로만 이루어져 있는 낸드플래시와의 차이를 가집니다. DRAM의 동작원리와 자세한 구성은 DRAM 교육을 참고해주세요.
  
• 1980년대 후반 DRAM 용량이 4Mb를 넘으면서 집적도를 높이는데 문제가 생겼으며, 회로와 Capacitor의 배치를 변경하는 것이 불가피했습니다. 당시 반도체 업계는 회로와 저장소를 밑으로 파는 'Trench'와 위로 올리는 'Stack' 진영으로 분류됐습니다.
  
  
• 당시 삼성전자는 표면적으로 수월하고 이슈 발생 시 확인이 용이한 점을 고려해 Stack을 채택했다는 것이 후문입니다. Stack이 보편화된 이후부터 셀 크기를 축소하거나 간격을 줄이는 방식으로 DRAM 성능을 끌어올렸습니다. 낸드와 달리 캐패시터가 존재하기 때문에 추가적인 적층이 어려웠기에 이러한 방식으로 집적도를 높였습니다. 최근 DRAM 고정에 극자외선 EUV 기술을 적용시키는 것도 같은 맥락입니다. 
  
  
• 하지만 한정된 공간에서 셀을 늘리는데, 물리적인 한계에 달했습니다. 집적도를 높이기 위해서 Capacitor는 점점 더 가늘어졌고, 쓰러짐 현상이 발생했습니다. 그래서 고안된 것이 바로 3D DRAM입니다. 삼성전자는 셀을 가로로 눕힌 채로 적층하는 방향으로 기술개발을 착수했습니다. 완성된 DRAM을 '수직으로 적층'하는 고대역폭 HBM과는 다른 개념입니다.
  
  
• Transistor 또한 게이트 구동력을 향상시켜 확실하게 누설전류를 억제하고, 채널 면적을 넓혀 전류 performance를 극대화시키기 위한 FinFET 혹은 Gate-All-Around, GAAFET 적용을 검토중에 있습니다. 
  
  
• 미국의 마이크론, SK하이닉스 또한 차세대 재품 개발 차원에서 3D DRAM 개발을 고려중에 있습니다. 마이크론 테크놀로지는 삼성전자와 달리 Capacitor를 원통형으로 세워 쌓는 삼성전자와 다른 구조의 3D DRAM 특허를 제출하기도 했습니다. 셀을 눕히지 않고 Transistor와 capacitor 모양을 변형한 것이 특징입니다. Applied Materials 사와 Ram Research 사 등 글로벌 반도체 장비업체 또한 3D DRAM 관련 솔루션 개발을 착수했습니다.
  
  
• 하지만 3D DRAM 구조 변화에 따른 신소재 발굴, 물리적 난제 등으로 상용화까지는 시간과 비용이 많이 요구되는 상황입니다. 반도체 업계에서는 2025년 전후를 원년으로 보고 있습니다. 한편 삼성전자는 지난 2013년에 업계 최초로 수직(V) NAND 상용화에 성공했습니다. 이전까지는 단층구조로 셀 간격이 좁아지면서 전자가 누설되는 간섭현상들이 발생했고, 고용량 구현도 어려웠습니다. 이러한 이슈를 셀을 겹겹이 쌓아 올림으로써 한계를 극복했습니다. 
   

---

출처 : IT 언론의 새로운 대안, 디지털데일리

스태킹으로 日 꺾은 삼성전자, 세계 최초 '3D D램' 개발 도전