올해 3D 낸드(NAND)의 공급 물량이 2D 낸드를 넘어설 것으로 예상되는 가운데, 3D 낸드를 적층하기 위한 공정과 소재에 대한 관심이 커지고 있다.

지난 18일 국제반도체장비재료협회 주최로 열린 반도체 전자재료 기술 컨퍼런스(SMC, Strategic Materials Conference)는 “Scaling Challenges-The Future of Materials”라는 주제로 차세대 메모리를 위한 반도체 소재 도전과제, 반도체 소재 시장 전망, 주요 공정 재료 기술, D램 전망 등에 대한 이야기를 나누었다.

발표자로 나선 램리서치 코라아의 홍성현 전무는 3D 낸드가 적층되면서 생기는 문제점에 대해 “층수가 늘어나면서 높이가 굉장히 높아지게 된다. 구성이 조화롭게 되지 않으면 스트레스 변화가 심해진다. 스트레가 심해지면 웨이퍼가 휘어져 다른 공정에서 핸들링이 어렵다”고 말했다.

덧붙여서 “소재 관점에서 가장 영향을 줄 수 있는 것은 하드마스크다. 어떤 하드마스크를 쓰는지가 중요하다”며 “또 다른 문제점은 현재 CVD 방식으로 텅스텐을 채우고 있는데 후속 공정에서 물리적 손상을 주거나 디퓨전 돼 디바이스의 특성이 저하된다”고 지적하면서 적층 구조의 스트레스를 관리하는 데 있어 공정과 소재 측면의 개선이 필요해 새로운 공정을 개발 중이라고 밝혔다.



컨퍼런스에서는 현재 메모리 시장의 트렌드도 중요한 주제로 다루었다. 서울대학교 재료공학부의 황성철 교수는 “현재 메모리 시장은 D램과 낸드 플래시가 좌우하고 있고 앞으로도 계속될 것”이라며 차세대 메모리의 대체 가능성에 대해 부정적인 시각을 나타냈다. “D램과 낸드 플래시 사이에 성능 차이가 크기 때문에 컴퓨터를 효율적으로 디자인할 수 없다. 이 차이를 극복하기 위해 많은 노력을 하고 있지만 D램을 대체할 메모리가 없고 앞으로도 쉽지 않을 것 같다. 낸드 플래시 또한 대체할 만한 메모리가 없어 이를 보완하는 방향으로 발전할 것”이라고 전했다.

향후 상용화 가능성이 큰 차세대 메모리로는 강유전체메모리(F램), 저항변화메모리(Re램), 상변화메모리(P램), 스핀주입자화반전메모리(STT-M램) 등이 있다. 이 중 STT-M램은 전원이 없어도 기억을 보존하는 낸드와 빠른 처리 속도를 가진 D램의 잠정을 가지고 있는 차세대 메모리이다.

인텔이 마이크론과 협업하여 개발한 P램의 일종인 ‘3D 크로스 포인트’ 메모리가 적용된 제품이 출시를 기다리고 있다. 삼성은 파운드리 사업에 STT-M램을 적용하기로 하고 NXP가 사물인터넷용 반도체에 삼성의 기술을 적용해 생산하기로 했다.