(왼쪽부터) 동국대 전자전기공학부 김지형, 이수백 석사, 김성준 교수

동국대학교 전자전기공학부 김지형, 이수백 석사 (공동1저자), 김성준 교수 (교신저자)로 구성된 연구팀이 4층 수직 적층 VRRAM 메모리 소자를 개발했다고 발표했다.

2D cross-point 구조는 층수가 증가함에 따라 사진 공정이 추가로 필요하며, 이로 인해 공정 단가가 늘어나는 제약이 있다. 본 연구에서 개발한 구조는 여러 메모리 층을 수직적으로 적층시킬 수 있어 고밀도 구조를 형성할 수 있으며, 이는 메모리 용량을 확장하고 공간 효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 한 번의 식각으로 여러 층의 메모리 셀을 동시에 형성할 수 있어 공정 비용 절감하고 생산성 향상시키는데 큰 장점을 가지고 있다.

김성준 교수는 “공동1저자 학생들이 직접 서울대학교 반도체공동연구소와 동국대학교 MINT 팹 장비를 활용하여 소자를 제작하였고 삼성전자와 SK하이닉스에서 VNAND와 같은 수직 적층 메모리 소자와 유사한 공정 방법을 도입하였다”며 “추가 연구를 통해 수율과 산포 개선이 확보되면, 향후 고밀도 메모리 및 인공지능 반도체에서 핵심 저장 및 연산 장치로 활용될 수 있을 것”이라고 기대감을 나타냈다.

본 연구는 한국연구재단 미래반도체신소자원천기술개발 신소자집적검증분야 "수직 적층 인공지능 플랫폼을 위한 신소자 기반 초고집적 적층형 시냅스 어레이 및 CMOS 집적회로“ 과제의 지원을 받고 서울대학교, 서강대학교, 서울시립대, 한국전자통신연구원 연구팀 등과 함께 CMOS 집적회로 위에 다양한 적층 메모리 소자(Flash, FeFET, PcRAM, RRAM)를 집적 공정과 회로/시스템 설계를 통해 뉴로모픽 시스템 구현을 목표로 하고 있다. 동국대 연구팀은 RRAM 적층 소자를 개발에 집중하며 22년 12월 Nano energy, 23년 7월 Advanced Materials Interfaces, Nanoscale 등 저명 국제 학술지에 꾸준히 게재해 왔다. 현재 4층 수직 적층 어레이 RRAM 메모리 소자를 개발하였다. 과제 마지막 연차를 성공적으로 수행하기 위해 서울대학교, 서울시립대학교 연구팀과 함께 CMOS 집적회로와 RRAM 메모리의 연결을 통해 인공 뉴런과 시냅스를 구현하기 위한 연구를 추가적으로 진행하고 있다.

해당 연구결과는 <

Synaptic Characteristics and Vector-Matrix Multiplication Operation in Highly Uniform and Cost-Effective Four-Layer Vertical RRAM Array>라는 제목으로 재료 및 반도체분야 저명 국제 학술지 「Advanced Functional Materials (IF=19.924)」 23년 12월 온라인에 게재되었고 올해 상반기에 출판될 예정이다.

해당 논문은 서울대학교 삼차원 집적 및 소자 연구실과 공동으로 진행 되었고 현재 동국대 박사후연구원인 김성준박사님과 추가적인 공동연구를 수행중에 있다. 김지형 석사과정 학생은 석사과정 동안 총 8편의 SCIE 논문을 1저자로 출판하였으며, ASML 본사 Brion Field Application Engineer로 입사하여 1월 중순부터 근무를 시작할 것이다.</synaptic>