스핀주입자화반전메모리(STT-M램)가 차세대 메모리로 급부상하고 있다. 에버스핀에 이어 양산용 STT-M램 개발에 성공한 다른 기업이 등장했다.
미국 애벌란쉬테크놀로지(Avalanche Technology)는 STT-M램 개발을 완료, 업계 처음으로 양산을 위한 시제품 생산에 들어간다고 EE타임스가 14일 보도했다. 지금까지 양산용 STT-M램을 개발한 것은 프리스케일 M램 사업부가 분사해 설립된 에버스핀(Everspin)뿐이었다. 샘플링까지 들어간 건 이 업체가 처음이다.
STT-M램은 초고속·저전력으로 동작해 전기가 계속 공급되지 않더라도 데이터를 저장하는 비휘발성과 안정성을 갖췄다. 자성체인 자기터널접합(MTJ)에 전류를 흘려보내 전자회전을 발생시키고 저항 값 크기에 따라 데이터를 기록·보존한다.
저항변화메모리(ReRAM), 상변화메모리(PRAM) 등 다른 차세대 메모리와 달리 기존 D램(DRAM) 공정 설비를 응용할 수 있다. 생산비용이 상대적으로 낮은데다 성능도 우수하다. SK하이닉스·도시바는 지난 2011년부터 공동 연구개발(R&D)을 진행 중이며 삼성전자는 관련 기술을 보유한 그란디스를 인수한 바 있다.
마이클 오프스테다히 아발란체테크놀로지 사업 개발 부사장은 “개발 초기부터 표준 상보성금속산화(CMOS) 300mm 웨이퍼 공정에서 생산해 대규모 물량, 비용 절감을 꾀하자는 목표에서 독자적인 수직형 MTJ(pMTJ) 셀을 만들었다”며 “상업화가 가능할 때까지 이 사실을 공표하고 싶지 않았다”고 말했다.
<미국 아발란체테크놀로지(Avalanche Technology)가 업계 최초로 스핀주입자화반전메모리(STT-M램)의 양산 전 샘플링 작업에 도전했다. 40나노 300mm 웨이퍼 상보성금속산화(CMOS) 공정 기반으로, 수직형 자기터널접합(pMTJ)셀이 적용됐다. 차세대 메모리의 주도권이 STT-M램으로 굳어지는 모양새다. 사진은 아발란체가 만든 셀 구조.>
이 회사는 업계 표준인 SPI인터페이스(직렬 주변기기 인터페이스)를 충족하는 32·64메가비트(Mbit) STT-M램 소자 단품을 55나노(nm) 공정에서 샘플링 중이다. 회사 측에 따르면 STT-M램이 기존 수평형 타입 MTJ(iMTJ)를 적용한 M램보다 많은 물량을 생산하고 가격경쟁력을 갖추기 위해선 저가 300mm 웨이퍼 공정에서 칩을 만들어야 한다.
수직 MTJ셀은 평면 타입 MTJ셀보다 칩에서 차지하는 영역이 적다. 수평형 MTJ를 기반으로 한 STT-M램은 200mm 웨이퍼에서 가격 경쟁력이 떨어지고 90나노 이하에선 양산할 정도 물량을 만족시킬 수 없다. 반면 수직 MTJ셀 기반 STT-M램은 10나노 이하 공정에서 수량을 만성이 높다. 현재 중저가 밀도를 가진 D램과 플래시메모리를 대체할 수준이라는 게 회사 측 설명이다.
현재 STT-M램에 MTJ셀을 통합할 땐 이를 두 금속층 사이에 놔 마스크 2장이 추가로 필요하다. 이전까지는 하드디스크드라이브 업계 전용으로 설계된 툴만 이 공정을 지원해 양산에 한계가 있었다. 하지만 최근 대형 장비용 툴 업체가 증착 및 식각 툴을 기존 300mm 웨이퍼 기반 반도체 생산 공정용으로 내놓으면서 상황이 달라졌다. 마이클 오프스테다히 부사장은 “40나노 이하 300mm 공정으로 STT-M램 양산 생태계가 갖춰진 상태”라고 전했다.
이 회사는 수직형 MTJ셀 설계·제조와 동작, STT-M램 회로 설계 및 시스템 레벨에서 통합 과정 등 관련 특허 포트폴리오를 확실히 구축한 상태다. 에버스핀 M램으로 업계에 알려진 일본 장비업체 캐논아넬바(Canon Anelva)와도 협력 중이다. 캐논아넬바는 캐논이 지난 2005년 아넬바를 흡수해 만든 업체다.
시장조사업체 컬린 협회 최근 보고서에 따르면 M램이 주도권을 잡는 시기는 2019년이다. M램·STT-M램 시장 매출액은 지난 2013년 1억9000만달러(약2164억원)에서 2019년 21억달러(약2조3921억원)로 커질 것이라 전망했다. M램 단품과 내장형M램(eM램) 수요도 늘어나 M램 제조장비 시장도 2013년 5290만달러(약603억원)에서 같은 기간 2억4630만달러(약2806억원)로 증가할 것이라 예측했다.
회사 측은 M램 시장이 커져 350억달러정도에 달할 것이라 내다본다. 컬린 협회 창업자 톰 컬린은 “아발란체 STT-M램 사업화가 성공할 가능성이 높다”며 “STT-M램 잠재성은 어마어마하다”며 “전망 수치를 조정해 다음달 발표할 것”이라고 말했다. 이어 “S램(SRAM)부터 시작해 단가가 내려가면 D램까지 대체할 수 있을 것”이라 덧붙였다.
마이클 오프스테다히 부사장은 “고객 수요, 제품, 생태계가 모두 갖춰졌단 점이 곧 검증될 것”이라며 “R&D 프로젝트 대신 이를 사업으로 만들 수 있는 기회”라고 포부를 밝혔다.
한편 에버스핀은 최근 40나노 300mm 공정 기반 16·64Mb STT-M램까지 개발한 상태다. 이 회사 역시 수직형 MTJ 구조를 채택했다.
전자신문 김주연 기자
