IGZO 낮은 대기전력 소모가지고 있어 차세대 D램 셀 트랜지스터 적합
최근 D램의 스케일링 한계 문제가 대두되면서 3D D램 등 차세대 메모리 반도체 연구가 활발하게 진행되고 있다. SK하이닉스는 3D D램에 적합한 차세대 채널 소재 이그조(IGZO)를 소개했다.
김화영 SK하이닉스 TL은 29일 제주 서귀포시 롯데호텔 제주에서 열린 대한전자공학회(IEIE) 2023년도 하계종합학술대회에서 '메모리 애플리케이션을 위한 적층형 채널 트랜지스터 시연'을 주제로 발표했다.
김화영 TL은 "그동안 반도체 업계는 스케일링 한계를 극복하기 위해 트랜지스터를 플래너에서 3D로 형태를 변환했다"며 "이후에는 3D 아키텍처로의 변화가 필요하다"고 말했다.
메모리 반도체 기업들이 차세대 개발에 나선 이유는 D램의 미세화 한계 때문이다. 기존 D램 개발은 회로 선폭을 줄여 트랜지스터 집적도를 높이는 방식으로 진행돼 왔다. 하지만, 최근 회로 선폭이 10nm 이하로 줄어들면서 커패시터 전력 노출 등 물리적 한계에 직면한 상황이다.
3D D램은 D램을 가로로 눕힌 뒤 수직으로 적층하는 컨셉의 메모리 반도체다. 기존 D램이 하나의 평면에 트랜지스터를 집적하는 구조였다면, 3D D램은 n개의 층에 트랜지스터를 쌓는다. 따라서 트랜지스터 분산이 가능하다. 이러한 구조를 채택하면 트랜지스터 간 간격이 넓어져 누설 전류와 간섭 등을 줄일 수 있다.
이러한 장점이 있지만, 개발을 위해서는 다양한 노력이 필요하다. 기존의 D램과는 다른 3D 형태의 구조이기 때문에 전방위적인 소재, 장비 개발이 필요한 상황이다. SK하이닉스는 3D D램용 차세대 채널 소재로 IGZO를 제시했다. IGZO는 인듐(In)·갈륨(Ga)·산화아연(ZnO)으로 구성된 금속 산화물 소재다.
IGZO는 크게 비정질(a: Amamorphous)-IGZO와 결정화(c: Crystallization)로 나뉜다. SK하이닉스가 연구하고 있는 분야는 후자다. c-IGZO는 물리·화학적으로 안정적인 소재로 반도체 공정 중에도 균일한 구조를 유지한다.
김화영 TL은 "IGZO의 최대 장점은 낮은 대기전력 소모다"라며 "이러한 특징은 긴 리텐션 타임(머무름 시간)을 요구하는 D램 셀 트랜지스터에 적합하다"고 설명했다. 이어 "In, Ga, ZnO 등 3성분계의 조성비 조절을 통해 쉽게 소재 성능 테스트를 할 수 있다"고 덧붙였다.
마지막으로 김화영 TL은 "금일 발표에선 c-IGZO를 설명했지만 3D D램 상용화를 위해서는 다양한 적층 채널 소재 개발이 필요하다"며 "학게와 산업계에서 3D 아키텍처 소재 개발에 힘을 모아야한다"고 촉구했다.
디일렉=노태민 기자 [email protected]
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