KAIST, 8나노미터급 메모리소자 개발 반도체 업계에는 ‘황의 법칙(Hwang’s Law)‘’이란 것이 있다．이는 미국 인텔사의 창업자인 고든 무어가 주장한 ‘무어의 법칙’을 대체해 황창규 삼성전자 사장이 2002년 국제반도체 학술회의에서 발표한 이론을 말한다．‘무어의 법칙’은 PC 주도로 반도체의 집적도가 18개월마다 2배씩 증가한다는 이론이다．집적도가 2배라 함은 같은 크기의 반도체에 저장할 수 있는 정보량이 2배가 됨을 뜻한다．이에 대해 황 사장은 모바일기기，디지털 가전 등 비(非) PC 주도로 반도체 집적도가 1년에 두 배씩 증가한다는 황의 법칙을 내놓으면서 기존 무어의 법칙을 무너뜨렸다．그러나 '황의 법칙'이 지켜지려면 반도체 메모리 소자의 크기가 지속적으로 줄어들어야 하는데 이는 10nm(나노미터, 10억분의 1ｍ) 급이 한계일 것으로 추정돼 왔다.
크기가 작아질수록 반도체 고유의 특성을 유지하기가 힘들기 때문이다. 10nm는 반도체 메모리 소자에서 전자의 이동을 조절하는 게이트의 선폭을 말한다. 그러나 최근 10nm 이하급 반도체 메모리를 개발할 수 있다는 연구 결과가 국내 연구팀에 의해 발표돼 황의 법칙이 앞으로도 계속 이어질 것으로 기대되고 있다. ◆엄지손톱 크기의 메모리칩에 1250편의 DVD 영화 저장한국과학기술원(KAIST) 최양규 교수팀은 최근 나노종합팹센터와 공동으로 세계에서 가장 작은 '8nm급 3차원 차세대 비휘발성 플래시 메모리소자'를 개발했다고 밝혔다. 8nm는 머리카락 두께의 1만2000분의 1에 해당하는 아주 작은 크기다.
최 교수팀은 전자의 이동통로인 실리콘 나노선 위에 산화막-질화막-산화막을 차례로 쌓아 올려 게이트 절연막을 만든 뒤 이 절연막과 실리콘 나노선을 게이트가 3차원적으로 감싸고 있는 새로운 형태로 메모리 소자를 개발했다고 설명했다. 이번에 개발된 8㎚급 메모리 소자는 테라비트(1조비트)급 메모리 시대를 열어줄 것으로 기대되고 있다. 테라비트급 메모리는 1만2500년분의 신문기사나 50만곡의 MP3 파일, 또는 1250편의 영화 DVD를 저장할 수 있는 용량이다. 인간 두뇌의 저장용량은 일반적으로 100테라 정도로 추정된다. 테라비트급 메모리의 등장은 인공지능 개발까지 가능하게 할 수 있다는 얘기다.
현재까지 상용화된 세계 최고 수준의 메모리칩은 삼성전자가 지난해 개발한 40㎚급 회로선폭의 32기가비트(Gb) 메모리칩이다. 이번에 개발된 메모리 소자가 상용화되면 삼성전자의 32기가 메모리칩 크기를 25분의 1로 줄일 수 있고 집적도는 25배 늘릴 전망이다. ◆상용화는 10년 후에나 가능할 듯그러나 이번에 개발된 8㎚급 메모리 소자가 상용화되기까지는 해결해야 할 과제도 아직 산적해 있는 것으로 지적되고 있다. 우선 게이트 선폭보다 넓은 면적을 차지하고 있는 게이트 절연막의 두께를 줄이기 위한 초박막 형성 기술과 연구가 선행돼야 한다고 최 교수팀은 설명했다.
또 궁극적으로는 대체 절연막을 찾는 재료 연구가 병행돼야 한다고 덧붙였다. 절연막은 반도체에서 전기를 통하지 않게 하는 부분.반도체는 도체의 성격을 갖는 전도성막과 부도체의 성격을 갖는 절연막으로 구성돼 있다. 이와 함께 이번 8㎚급 메모리 소자는 전자빔을 이용해 일일이 그려낸 것이어서 경제성이 부족한 것으로 평가받고 있다. 이에 따라 생산비용을 줄일 수 있는 대량 생산기술이 필요한 상황이다. 최 교수는 "이번 메모리 소자는 앞으로 10년 후에나 상용화할 수 있을 것"이라고 전망했다.
임도원 한국경제신문 과학벤처중기부 기자 van7691@hankyung.com----------------------------------------------------------반도체 집적도 증가로 디지털 제품 진화한다반도체 집적도 증가는 디지털 제품의 기능과 형태를 진보시키고 있다. 조그마한 디지털카메라나 MP3플레이어, 휴대폰 등이 수십여가지의 기능을 갖추게 된 것도 반도체 집적도 증가 때문으로 평가된다. 1947년 미국 벨연구소의 윌리엄 쇼클리 박사가 반도체 특성을 이용해 전류 흐름을 조절하는 전자 소자(트랜지스터)를 개발한 이후 반도체는 전자산업의 '꽃'으로 떠올랐다.
이후 하나의 칩 안에 트랜지스터, 콘덴서 등의 소자를 보다 많이 넣기 위한 집적기술이 발달하면서 반도체 칩의 용량과 속도는 엄청난 속도로 증가했다. 집적기술은 반도체 칩 위에 얼마나 가느다란 회로를 그려넣을 수 있는가에 달려 있다. 반도체는 웨이퍼라 불리는 둥근 실리콘 기판 위에 엄청나게 많은 전자 소자와 회로의 형상을 찍어서 만든다. 그 선의 폭을 작게 만들면 만들수록 소자의 크기를 줄일 수 있어 집적도를 높일 수 있다. 우리나라의 삼성전자는 이런 집적 기술을 발전시켜 매년 세계 신기록을 경신하고 있다. 지난해에는 40㎚급 회로선폭의 32기가비트(Gb) 메모리칩을 개발해 세계를 놀라게 했다.
