메모리를 고층빌딩처럼 쌓는다?…세계 첫 3D 낸드플래시

3차원 구조로 단층 구조 대비 집적도 2배 이상 향상 <br/>"향후 5년 내에 1테라비트 SSD 대중화 가능"

삼성전자 3차원 수직구조 낸드플래시(3D V-NAND)

아주경제 이혜림 기자= 삼성전자가 세계 최초로 3차원 메모리 반도체 시대를 열었다.

삼성전자는 6일 서울 서초동 사옥에서 낸드플래시 메모리 제품 설명회를 열고 반도체 미세화 기술의 한계를 극복한 '3차원 수직구조 낸드(3D Vertical NAND, 3D V-NAND) 플래시 메모리' 양산을 시작했다고 밝혔다.

삼성전자 메모리사업부 플래시개발실장 최정혁 전무는 "최근 10나노급 공정이 도입되면서 셀 간 간격이 대폭 좁아져 전자가 누설되는 간섭 현상이 심화되는 등 미세화 기술이 물리적 한계에 도달했다"며 "이에 단층으로 배열된 셀을 3차원 수직으로 적층하는 혁신 기술을 개발했다"고 말했다.

삼성전자가 이달부터 양산에 들어간 3차원 수직구조 낸드플래시 메모리는 삼성전자 독자 기술 '3차원 원통형 CTF 셀구조'와 '3차원 수직적층 공정' 기술이 동시 적용된 제품이다. 기존 20나노급 대비 집적도가 2배 이상 높아 생산성을 대폭 향상시킬 수 있으며, 용량은 128기가비트로 업계 최고 수준이다.

'3차원 원통형 CTF셀 구조' 기술은 고층빌딩처럼 수직 24단을 쌓는 것으로 삼성전자가 세계 최초로 개발한 2차원 CTF 기술을 입체 기술로 발전시킨 것이다.

'3차원 원통형 CTF 셀'은 전하를 안정적인 부도체에 저장해 위 아래 셀간 간섭 영향을 대폭 줄여 준다. 이로 인해 쓰기속도는 2배 이상 빨라지고 셀 수명인 쓰기 횟수(내구 연한)는 제품별로 최소 2배에서 최대 10배 이상으로 대폭 향상됐다. 소비전력 또한 절반으로 감소시켰다.

'3차원 수직적층 공정'은 더 작은 칩 면적에서 최고 집적도를 실현하는 기술로 삼성전자는 높은 단에서 낮은 단으로 구멍을 뚫어 전극을 연결하는 채널 홀 에칭 기술과 각 단 홀에 수직 셀을 만드는 게이트 패턴 기술 등 독창적이고 획기적인 공정 기술을 개발했다.

최 전무는 "메모리 셀 전체를 삼성서초사옥으로 봤을 때 옥상에서 수십 억개의 홀을 뚫는 채널 홀 에칭 기술이 핵심"이라며 "셀을 위로 쌓는 적층 기술만 확보하면 되기 때문에 EUV 포토 필요 없이 적층수를 증가시키는 것으로 집적도를 향상시킬 수 있다"고 설명했다.

삼성전자는 이번 3차원 수직구조 낸드플래시 양산이 향후 낸드플래시 기술에 새로운 패러다임을 제시할 것으로 내다봤다. 10나노급 이하 반도체 기술의 한계를 뛰어 넘어 향후 1테라 비트 이상 낸드플래시를 출시할 수 있는 원천 기술을 확보했다는 설명이다.

삼성전자는 지난 10년간의 연구과정에서 이미 300여건 이상의 핵심 특허를 개발해 한국·미국·일본을 비롯한 세계 각국에 출원을 완료한 바 있다.

최 전무는 "향후 5년 내에 1테라 비트 SSD를 현재 256기가 바이트 SSD의 가격에 살 수 있을 정도의 대중화가 가능할 것으로 본다"며 "이 제품은 고신뢰성이 요구되는 데이터센터나 서버향 제품에 우선 적용될 예정"이라고 말했다.

한편 시장조사기관 아이서플라이에 따르면 세계 낸드플래시 메모리 시장은 올해 236억달러에서 2016년 308억달러로 지속 성장할 전망이다.