[The Korea Industry Post (kipost.net)] 삼성전자와 TSMC 등 주요 반도체 외주생산(파운드리) 업체들이 시스템온칩(SoC)의 내장(임베디드) 메모리로 스핀주입자화반전메모리(STT-M램)을 도입하기 시작하면서 금속막을 입힐 때 사용하는 장비인 스퍼터 투자가 가속화할 전망이다.

삼성전자는 수직형 STT-M램을 자사 로직 파운드리에 적용키로 했고, 퀄컴은 사물인터넷(IoT)용 애플리케이션프로세서(AP) 내장 메모리로 1Mb STT-M램을 적용한 바 있다. 

STT-M램은 읽고 쓰는 속도가 빨라 D램을 대체할 것으로 예상됐던 메모리 반도체다. 구조는 D램과 유사하지만 D램의 캐패시터 대신 자기터널접합(MTJ) 구조체를 이용하는 방식이다. 

핵심 구조체인 MTJ는 자성체 사이에 부도체를 삽입한 형태다. 전류를 흘려줄 때 양 자성체의 극성이 동일한가, 다른가에 따라 저항값 차이가 나는 것을 이용해 데이터를 저장하고 빠른 속도로 읽고 쓸 수 있게 한다. 

MTJ 구조나 물질은 회사나 연구소마다 다르지만 금속 소재가 주로 쓰인다. 마그네슘옥사이드(MgO), 코발트⋅철⋅보론(Co2Fe6B2), 텅스텐(W), 티타늄나이트라이드(TiN) 등 후보물질을 다양하게 조합해 층층이 쌓는다. 각 물질의 층(레이어) 두께는 수 옴스트롱(Å) ~수나노미터(nm)로, 박막을 형성하기 위해서는 정교한 스퍼터 장비가 필요하다.

스퍼터 장비는 주로 금속으로 이뤄진 타겟을 장착하고, 플라즈마를 이용해 이온화한 가스를 타겟에 충돌시켜 물질 표면의 원자를 떼어내는 기술이다. 타겟에서 떨어진 원자가 웨이퍼 위에 달라붙어 막을 형성하는데, 아직은 옴스트롱 단위의 얇은 막을 생성할 수 있는 스퍼터 장비 속도가 느리다.  

업계 관계자는 “구조체 개발이나 저항차 등은 예상보다 빨리 안정화 됐는데 관건은 생산성”이라며 “막을 얇으면서도 균일하게 구현해야 하는데, 제어가 쉽지 않기 때문에 라인당 스퍼터를 수십~수백대 배치해야 한다”고 설명했다.

장비 공급사는 어디

국내에도 스퍼터 전문 생산 업체가 있지만 초박막 스퍼터 장비는 외산 기업이 우세하다. 

특히 가장 개발 속도가 삼성전자는 일본 캐논아넬바와 미국 어플라이머티리얼즈 장비로 관련 기술을 테스트 중인 것으로 알려졌다. 일본 알박 역시 최근 STT-M램용 스퍼터 장비를 출시했다.

아직까지 D램은 수요가 견조하고, 공정 미세화 역시 한계 극자외선(EUV) 장비 도입으로 1z 나노 또는 그 이하 선폭까지 구현하는데 무리가 없을 것으로 예상된다. 또 STT-M램의 생산성이 아직은 떨어지기 때문에 별도 칩으로 대량 양산하기에는 아직 무리가 있다.

 하지만 좀 더 빠른 속도가 필요한 임베디드 메모리는 이미 대체가 되고 있고, 이를 위한 장비 투자는 이뤄질 전망이다.