비메모리 힘주는 삼성전자, M램 임베디드 18나노 FD-SOI 승부수

(서울=뉴스1) 장은지 기자 = 삼성전자가 올해 하반기 차세대 메모리인 M램을 적용한 18nm(나노미터) FD-SOI 공정 시제품 생산에 들어간다. 2020년 양산이 목표다. 이전세대 솔루션보다 전력 소비와 면적을 35% 줄이면서 성능은 38% 개선한 차세대 공정이다.

14일 업계에 따르면, 삼성전자는 차세대 메모리로 꼽히는 'M램(Magnetic Random Access Memory)' 기술을 적용한 18나노 FD-SOI 공정 개발에 한창이다. 비메모리 반도체 경쟁력 확대를 강조하고 있는 삼성전자가 최근 역량을 집중하고 있는 분야다. 7나노와 5나노까지 적용되는 고가 파운드리 기술인 핀펫(FinFET)보다는 중보급형 반도체 파운드리 서비스로 분류된다. 이전세대인 28나노에서 네덜란드 자동차용 반도체 회사인 NXP를 고객사로 확보한 삼성전자는 18나노에서도 글로벌 고객사에 러브콜을 보내느라 여념이 없는 것으로 전해졌다.

FD-SOI는 초저전력 솔루션을 필요로 하는 IoT(사물인터넷), ADAS(첨단운전자보조시스템) 및 인포테인먼트용 프로세서와 같은 자동차 시스템, 스마트폰, 5G 통신 등에서 수요가 크게 성장하고 있어 삼성도 투자를 늘리고있다.

FD-SOI 공정은 실리콘 웨이퍼 위에 얇은 절연 산화막을 만들고 그 위에 평면형 트랜지스터 전극을 구성하는 것이 핵심이다. 절연 산화막은 트랜지스터 아래쪽 공간을 완전히 밀폐(공핍)해 전자가 게이트(gate)를 거쳐 이동할 때 발생하는 누설 전류를 줄여 전력효율을 높인다.

여기에 차세대 메모리인 M램을 내장한 것이 삼성전자의 승부수다. 차세대 메모리 시장이 본격 개화하기 앞서 M램을 임베디드(Embedded)하는 기술을 발전시켜 미래 반도체 시장의 주도권을 쥐겠다는 전략이다.

M램은 자기저항(Magnetoresistance)이라는 양자역학적 효과를 이용한 소자다. 쉽게 말해 몇 십 나노미터 정도의 작은 자석의 N극과 S극이 어느 방향인지를 이용해 정보를 기억한다. 전원이 꺼져도 기록된 정보가 지워지지 않는 비휘발 특성을 갖는다. D램급의 고속동작이 가능한 반면, 전력소모가 적고 무한대의 기록 및 재생 능력이 강점이다. 삼성전자는 인텔 등 경쟁사와 같이 스핀전달토크(Spin Transfer Torque, STT) 방식 M램을 개발했다. STT 방식은 자성체에 직접 전류를 주입하면, 주입된 전자가 가진 스핀이 자성체를 구성하고 있는 스핀에 전달돼, 자성체 스핀의 방향을 조정할 수 있는 물리현상을 원리로 한다. 소자크기가 작아질수록 요구되는 전류밀도가 적어져 고집적화에도 유리하다.

삼성전자의 경우 파운드리 분야에 먼저 STT-M램을 접목해 시장의 주목을 받았다. 시스템온칩(SoC)과 마이크로컨트롤러(MCU)에 M램 임베디드 기술을 활용하고 있다. STT-M램은 D램의 속도에 근접한 고속의 읽기(Read)·쓰기(Write) 동작이 가능하면서, 전원이 꺼져도 데이터가 저장되는 비휘발성 메모리의 특성을 동시에 가지고 있기 때문에, D램과 낸드플래시의 장점을 취한 신규 메모리로도 활용이 가능하다.

한편, 지난달 삼성전자는 프랑스 반도체 웨이퍼 제조사 '소이텍'과 FD-SOI용 웨이퍼를 추가로 공급받는 계약을 체결하며 양산 규모 확대를 위한 준비에 들어갔다.

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