삼성전자, 세계 최초 3D 낸드플래시 양산

[이데일리 박철근 기자]삼성전자(005930)가 세계 최초로 3차원(3D)메모리 반도체 시대를 열었다.

삼성전자는 반도체 미세화 기술의 한계를 극복한 새로운 3차원 수직구조 낸드(3D V낸드) 플래시 메모리 양산을 시작했다고 6일 밝혔다. 현재 화성 공장에서 양산에 돌입했고 앞으로 중국 시안 반도체 공장에서도 양산할 예정이다.

SK하이닉스(000660), 도시바 등 주요 낸드플래시 생산 업체들도 3D 적층 구조의 낸드플래시 제품 개발을 하고 있지만, 삼성전자는 경쟁사보다 한발 앞서 양산에 돌입한 것이다.

이번에 양산을 시작한 제품은 업계 최대 용량인 128기가비트(Gb) 제품으로 삼성전자 독자기술인 ‘3차원 원통형 CTF 셀구조’와 ‘3차원 수직적층 공정’ 기술이 동시에 적용됐다.

3차원 원통형 CTF셀 구조 기술은 고층빌딩처럼 수직 24단을 쌓는 것으로 삼성전자가 세계 최초로 개발한 2차원 CTF 기술을 입체 기술로 발전시킨 것이다. 또 3차원 수직적층 공정은 더 작은 칩 면적에서 최고의 집적도를 실현하는 기술이다.

이에 따라 기존 20나노급 대비 집적도가 높아져 생산성이 대폭 향상됐다. 특히 쓰기 속도가 두 배 이상 빨라지고 셀 내구연한도 제품에 따라 최대 10배 이상으로 대폭 향상된다. 소비전력 역시 절반 수준으로 떨어진다.

최정혁 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실장(전무)은 이날 서초사옥에서 열린 설명회에서 “앞으로 테라비트(Tb)급 솔리드스테이트드라이브(SSD)가 양산되면 현재 SSD(256Gb) 제품 가격으로 훨씬 더 큰 용량의 SSD를 구매할 수 있다”고 설명했다. 하지만 일반 SSD보다는 높은 신뢰성을 필요로 하는 데이터센터나 서버 등에 먼저 사용될 예정이다.

또 이번 제품을 통해 메모리 제조기술의 패러다임이 바뀔 것으로 보인다. 삼성전자 관계자는 “그동안 메모리 제조업체는 미세공정 경쟁을 벌였다”며 “하지만 10나노급 공정 도입으로 셀 사이 간격이 대폭 좁아져 전자가 누설되는 간섭 현상이 심해지는 등 미세화 기술은 물리적 한계에 도달했다”고 설명했다. 이에 따라 삼성전자는 지난 10년간 3D V낸드를 연구해 메모리 기술의 신기원을 개척했다. 이 회사는 또 연구를 거치면서 300여건 이상의 핵심 특허를 개발해 한국, 미국, 일본을 비롯한 세계 각국에 출원을 완료했다.

최 전무는 “10나노급 이하 반도체 기술의 한계를 뛰어넘어 앞으로 1테라비트(Tb) 이상의 낸드플래시를 출시할 수 있는 원천 기술을 확보, 낸드플래시 기술을 이끌어 나갈 패러다임을 제시한 것”이라고 강조했다. 이어 “수 년간 임직원 모두가 기술적 한계 극복을 위해 혁신 기술 개발에 매진한 결실”이라며 “지속해서 집적도를 높이고 성능을 향상시킨 차세대 제품을 연이어 출시해 세계 IT 산업 발전에 기여할 것”이라고 말했다.

한편 시장조사기관에 따르면 세계 낸드플래시 메모리 시장은 올해 236억달러(26조2786억원)에서 2016년 308억달러(34조2958억원)로 지속 성장할 것으로 예상된다.

삼성전자는 6일 세계 최초로 반도체 미세화 기술의 한계를 극복한 신개념 3차원 수직구조 낸드(3D Vertical NAND, 3D V-NAND) 플래시 메모리의 양산을 시작했다. 사진은 3차원 수직구조 낸드플래시 메모리(128Gb). 삼성전자 제공

<용어설명>

*낸드플래시 메모리(NAND Flash Memory): 전원이 꺼져도 데이터가 그대로 저장되는 메모리 반도체로, 스마트폰 등에 음악, 사진, 동영상 등을 저장하는 역할을 한다.

또 하드디스크드라이브(HDD)를 대체하는 솔리드스테이트드라이브(SSD)에도 탑재된다.

*플로팅 게이트 구조(Floating Gate): 낸드플래시에서 데이터를 저장하는 기본 단위인 셀 구조로 기존 낸드플래시는 컨트롤 게이트와 플로팅 게이트로 구성되어 도체인 플로팅 게이트에 전하를 저장한다. 10나노 이하 미세화를 진행하게 되면 셀간 간섭이 심해져 공정 미세화가 어렵다.

*CTF 구조(Charge Trap Flash): 컨트롤 게이트 하나로 구성되어 있고, 기존 플로팅 게이트 대신에 치즈같은 모양의 부도체 빈공간에 전하를 저장하는 방식이다. 게이트가 한 개여서 높이가 낮고, 부도체를 사용해 셀 사이 간섭이 작아 상대적으로 미세화가 더 용이하다.

*3차원 CTF 구조(3D Charge Trap Flash): 기존 단층 구조의 CTF를 3차원 구조로 개량하여 컨트롤 게이트를 기존 직사각형이 아닌 반지와 같은 원통형으로 만들어 공간 사용을 극대화하고, 적층 공정을 쉽게 해준다.



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