차세대 반도체에서 Phase change를 이용한 PRAM의 개발 방향 연구

목차

1.서론

2. 상변화 기술이론
(2.1) 기본이론
(2.2) 상변화 기록 및 재생 원리

3 .PRAM(Phase change RAM), OUM(Ovonic Unifed Memory)
(3.1) .PRAM(Phase change RAM),
(3.2) .PRAM Basic Operation
(3.3) PRAM (Writing)
(3.4) PRAM READ
(3.5) Key Technology of PRAM

4.국내외 기술개발 현황

5.해외 차세대 반도체 정보

6.결론

7.참고 문헌

본문내용

테라급 나노소자 사업단) 및 민간부분 (삼성전자)에서 각각 PRAM Feasibility 연구에 착수하였고 2003년에 삼성전자가 상용화 가능성이 높은 NMOS Transistor를 이용한 상변화 메모리 셀 실험시작품을 개발하여 발표 (Non-Volatile Semiconductor Memory Workshop 2003)한 바 있다. 또한,과기분 21C 프론티어 사업의 일환으로 수행된 본 Feasibility 연구의 결과로 비휘발성 상변화 메모리 재료특성평가 방법( KIST,국내특허 file no.03-7541) 되는 성과가 있었다.
비휘발성 상변화 메모리 기술의 개발역사를 볼 때, 동 기술의 실용화 수준 진입에 결정적 역할을 한 기술로는 상변화형 광 기록매체의 성공적 실용화를 이끈 상변화 재료기술 및 상변화 메모리 셀의 동작에 관여하는 전기/열 상변화 현상간 상호작용에 대한 이해를 바탕으로 한 소자 재료/구조설계 기술을 들 수 있는데 특히 후자의 기술이 확보됨으로써 실용 수준의 동작 특성을 갖는 단위 메모리 셀 및 어레이의 구현이 가능하였다고 할 수 있다. 따라서 비록 미국의 ECD와 그 후신인 Ovonyx에 관련 물질, 소자구조 및 제조공정 등에 대한 원천특허가 선점되어 있는 상황이고 PRAM 기술의 국내 연구역사가 매우 짧고 후발 개발에 따른 부담이 있는 것이 사실이나. 삼성전자 LG전자등 기업 및 KIST에서 지난 8년 이상 상변화형 광디스크 개발 관련 국책과제 또는 자체개발을 통해 확보한 재료/구조개발 관련 차용 가능한 핵심기술 및 노하우를 기반으로 하여 세계 최고 수준의 반도체 메모리 기술 및관련 infra를 최대한 효율적으로 이용하는 개발전략 여하에 따라 기술격차를 조기에 해소하고 보다 장기적인 관점에서 실용화 및 고성능화 관련 원천기술 의 개발경쟁력을 갖출 충분한 가능성이 있다고 판단된다.이에 따라 당면한 1세대 제품의 실용화에 초점을 맞춘 연구를 지양하는 대신 국내 개발 잠재력을 제2세대 또는 3세대 초고집적 상변화 메모리용 원천 기술 개발에 집중,그에 따른 개발성과를 실용화하는 선행연구 전략이 필요할 것으로 보인다.
5.해외 차세대 반도체 정보
최근에 전세계적인 관심속에 차세대 비휘발성 메모리 후보로 급부상하고 있는 상변화 메모리 연구의 실질적인 도화선은 2002년 Intel/Ovonix 의 Gill등이 IEEE Internation Solid-State Circuits Conference (ISSCC 2002)에서 10에12의 반복 기록특성을 갖는 4Mbit(@0.18 um rule) 상변화 메모리 시제품을 발표하면서 이지만 이미 2001년에 Intel 의 Lai등이 International Electron Devices Meeting(IEDM 2001)에서 기존의 메모리 기술들과 상변화메모리의 성능상 장단점을 비교. 분석한 논문을 발표하면서 그 잠재적 파급효과가 구체화되고 널리 인지되는 계기가 되었다 표1-2은
IEDM 2001 발표된 메모리간 기술 비교표를 주요 비휘발성 메모리 제품의 성능, 양산성 고밀도화 목적 관점에서 항목별로 정리한 것이다, 기존의 플래시 메모리는 비록 현재 시장을 석권하고 있지만 높은 구동 전압, 느린 기록속도 및 재기록 횟수에서의 제한과 같이 근본적인 성능상 열위를 갖는다. 이를 대체할만한 차세대 메모리로 FeRAM ,MRAM, MRAM , PRAM 등이 꼽히고 있지만 아직까지 실용화를 위해 해결해야 할 난제가 남아 있다.이들 각 메모리들을 개별 동작원리 혹은 공정 ,구조적 측면에서 살펴보면 상변화 메모리의 특성이 상대적으로 매우 우수할 것으로 예측된다. 웃선적으로 재생신호 마진이 비트간 저항비로 10-100배에 달해 40％ 정도에 머무는 MRAM 등에 월등히 있으며 파괴적 재생방식을 취하느 FeRAM과 달리 재생횟수에 제한이 없을 뿐만 아니라 기록/소거회수 에서도 10과 12승 의 MRAM급 성능지수를 보인다. 양산성 측면에서도 PRAM 은 상변화막 증착공정을 추가하는 것을 제외하고는 기존 CMOS 고직공정을 거의 그대로 적용 가능하며 기본적인 소자구조가 간단할 뿐만 아니라 공정 온도가 낮아 생산단가측면에서 매우 유리하다 하지만, 최근의 연구에서 드러나듯이 셀크기 감소에 따른 신호마진 감소와 같은 메모리 소자체의 Scalability 에는 문제가 없지만 기록 동작시 상변화 재료를 용융점 이상 가열하기 위해 일정한도 이상이 가용 전류밀도가 요구되므로 셀 선택 트랜지스터의 크기 축소(혹은 스케일링)가 제한되어 고집적도의 메모리 소자 구현의 걸림돌로 작용하고 있다. 실제로 ISSCC 2002에서 발표된 4Mbit급 (@0.18 um rule) 상변화 메모리 시제품은 전극가열식 구조 MOS형 대신 고전력형 Bipolar 트랜지스터를 이용하여 단위 셀 면적을 최소선폭으로 축소 할수 있다.
표 1-2 비휘발성 메모리기술 비교 (reproduced from Tech Dig.of IEDM 2001,Paper36.5)
표 1-3 현재 상변화 메모리의 기술 수준
6.결론
현재 비휘발성 상변화메모리 개발의 선두주자인 Intel/Ovonix의 실용화개발 계획에 따른면 제1세대 상변화 메모리는 빠르면 2005년-2006년경 이동전화,PDA, 모바일 PC 등의 휴대기기용 stand alone/embedded memory용으로 상용화가 개시될 전망으로 대상시장 규모는 플래시 메모리,DRAM등 직접 대체 가능 메모리 제품 및 로직 소자에의 응용을 포함하여 약 $103B(1999년도 기준 )으로 직접효과만으로도 막대한 산업 .경제적 가치가 예상되고 21세기 정보화 시대로 정보 통신 기술이 급성장하고 있으므로 ,비휘발성 메모리 소자에 대한 시장성이 급성장 할것이다.
7.참고 문헌
(1) 삼성전자 (Hongsik jeong) 자료
(2) 인터넷 과학신문 사이언스 타임즈
(3) 서울대 반도체 특강 자료 (삼성전자)
(4) 이화여자 대학교 전자공학과 PRAM PPT 자료
(5) 고광석 (상변화 기술분석)
(6) 상변화 메모리 소자설계용 요소기술 개발에 관한 연구 ( 과학기술부 )
(7) 비휘발성 메모리 소자 기술 동향 (KIST 허운행)
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키워드

PRAM,   비휘발성 메모리 소자,   비휘발성 메모리,   차세대반도체,   OUM,   차세대 반도체 개발