3D DRAM 구조와 발전

현재 DRAM 구조는 트랜지스터 위에 수직으로 쌓은 커패시터 형태로 발전해 왔습니다. 비트라인을 공유하는 방식으로 6F2의 면적 최적화를 이뤘지만, 더 이상의 수평 구조 변경은 설계와 공정의 한계로 인해 어려운 상황입니다. 현재 구조를 유지하면서 종횡비를 증가시키는 것에는 한계가 있으며, 이에 따라 DRAM의 3D 구조에 대한 논의가 활발히 이루어지고 있습니다.

 

 

 

✔️3D DRAM의 특징

높은 메모리 대역폭: 3D DRAM은 여러 개의 DRAM 다이를 적층하여 대역폭을 크게 증가시킵니다. 이는 고성능 컴퓨팅과 인공지능 응용 프로그램에서 중요한 역할을 합니다.

 

낮은 지연 시간: 3D DRAM 구조는 메모리 접근 지연 시간을 줄여 멀티코어 시스템에서 특히 유리합니다.

공간 효율성: 수직으로 쌓은 구조 덕분에 동일한 면적에서 더 많은 메모리를 제공할 수 있습니다.

 

 

3D DRAM 구조와 발전

 

✔️3D 구조와 커패시터 소재의 변화

3D DRAM은 Si/SiGe 에피택시와 같은 단결정 적층 방식을 통해 구현될 가능성이 높습니다. Si/SiGe 선택적 에칭은 HF/H2O2/CH3COOH를 이용한 습식 에칭 방식이 유력합니다.

 

HF와 H2O2는 솔브레인과 한솔케미칼의 주요 사업 분야입니다. 3D DRAM의 횡방향 커패시터 표면에 유전체를 증착하기 위한 ALD 수요도 증가할 것입니다. 원익IPS, 유진테크, 주성엔지니어링 등 ALD 제조업체에 대한 관심이 필요합니다.

✔️커패시터 차세대 유전 및 전극 물질

향후 5년 동안 현재 DRAM 커패시터 구조를 유지하면서 정전용량을 극대화할 가능성이 높습니다. 현재 DRAM 커패시터는 ZAZ 유전막과 TiN 전극을 사용하고 있으며, 이후 유전막은 TiO2로, 전극은 Ru(루테늄)으로 변경하기 위한 연구가 지속되고 있습니다. 전극 물질 증착과 관련해 ALD의 추가 적용 확대도 기대됩니다.

 

DRAM 커패시터 소재에 대한 관심은 Zr 프리커서를 양산 공급하는 업체와 TiO2 형성을 위한 Ti 프리커서 생산업체, 차세대 전극 물질인 Ru 프리커서를 보유한 회사에 집중되어야 합니다.

 

 

 

 

✔️Peri 영역의 High-K Metal Gate 적용

DRAM에서는 커패시터가 전체 작동 속도의 병목으로 작용하기 때문에 Peri 영역에서의 속도 개선이 크게 중요하지 않았습니다. 그러나 소자의 크기가 작아짐에 따라 Peri 트랜지스터에 High-K Metal Gate의 적용이 시작되고 있습니다.

 

Metal Gate부터는 High-K 물질의 ALD 증착이 필요하며, HKMG에 사용되는 게이트 옥사이드로는 주로 HfO2(하프늄 옥사이드)가 사용되므로 Hf 프리커서와 ALD 장비가 필요합니다.

✔️DRAM 소자의 발전에 따른 수혜 영역

DRAM 소자의 발전 방향에 따른 중장기 수혜 영역은 다음과 같습니다. 3D DRAM은 메모리 밀도와 성능을 크게 향상시킬 잠재력을 가지고 있습니다. 하지만 상용화까지는 많은 기술적 과제가 남아 있으며, 이를 해결하기 위한 연구가 지속적으로 이루어지고 있습니다.

 

주요 기업들이 활발히 연구 중이며, 상용화는 2027-2030년 사이로 예상되며, 성공적으로 개발된다면 AI, 빅데이터, 고성능 컴퓨팅 등 다양한 분야에서 혁신을 가져올 것으로 기대됩니다.