[디지털데일리 한주엽기자] 삼성전자가 낸드플래시의 공정 미세화, 용량당 원가 절감의 한계를 3D 적층 방식으로 해결한다.

기억 소자를 수평이 아닌 수직으로 쌓아올리는 3D 적층 방식은 용량 확대 및 원가 절감을 이룰 수 있는 획기적인 기술이다. 이 기술은 도시바, SK하이닉스, 마이크론 등도 연구개발(R&D)을 진행하고 있으나 양산화를 이룬 것은 삼성전자가 처음이다.

회사 측은 향후 낸드플래시 시장이 최신 노광(포토) 설비를 이용한 미세화 경쟁 대신 적층 수를 늘리고 고용량을 실현하는 대전환을 이루게 됐다고 설명했다. 미세화 대신 적층 방식을 통한 집적도 확대에만 주력하겠다는 뜻이다. 삼성전자는 적층 방식을 활용해 향후 1테라비트(Tb) 이상 용량의 낸드플래시를 출시할 수 있을 것이라고 강조했다.

6일 삼성전자(www.samsung.com/sec 대표 권오현 윤부근 신종균)는 반도체 미세화 기술의 한계를 극복한 신개념 3D 수직구조 낸드(3D Vertical NAND, 3D V-NAND) 플래시 메모리의 양산을 시작했다고 발표했다.

최초 양산 제품은 업계 최대 용량인 128기가비트(Gb) 제품으로 24단 적층이 이뤄졌다.

독자 ‘3D 원통형 CTF(3D Charge Trap Flash) 셀구조’와 ‘3D 수직적층 공정’ 기술이 동시 적용된 이 제품은 기존 20나노급 낸드플래시 대비 집적도가 2배 이상 높아 생산성이 대폭 향상될 것이라고 회사 측은 밝혔다.

3D V낸드는 화성 사업장에서 이달부터 양산한 뒤 중국 시안에 짓고 있는 신규 낸드 공장으로 기술을 이전한다. 기존 평면형 낸드플래시 양산 라인도 3D로 순차적인 전환 작업을 할 예정이다.

지금까지 양산된 낸드플래시 메모리는 게이트에 전하를 저장하는 방식으로 40여 년 전 개발된 플로팅 게이트(Floating Gate) 구조를 적용했다. 그러나 최근 10나노급 공정 도입으로 셀간 간격이 대폭 좁아져 전자가 누설되는 간섭 현상이 심화되는 등 미세화 기술은 물리적 한계에 도달했다.

삼성전자는 단층으로 배열된 셀을 수직으로 적층하는 구조 혁신과 공정 혁신을 통해 모든 문제점을 한 번에 극복하고 업계 최초로 3D 메모리 양산시대를 열었다.

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

3차원 원통형 CTF 셀은 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 향상 되며 소비전력 또한 절반으로 감소됐다.

3D 수직적층 공정은 더 작은 칩 면적에서 최고 집적도를 실현하는 기술로 삼성전자는 높은 단에서 낮은 단으로 구멍을 뚫어 전극을 연결하는 에칭(Etching) 기술과 각 단 홀에 수직 셀을 만드는 게이트 패턴 기술 등 독창적이고 획기적인 공정 기술을 개발했다.

삼성전자 메모리사업부 플래시개발실장 최정혁 전무는 “수 년간 임직원 모두가 기술적 한계 극복을 위해 혁신 기술 개발에 매진한 결실”이라며 “향후 지속적으로 집적도를 높이고 성능을 향상시킨 차세대 제품을 연이어 출시해 세계 IT 산업 발전에 기여할 것”이라고 말했다.

삼성전자는 지난 10년간 3D 낸드플래시를 연구하면서 300여건 이상의 핵심 특허를 개발해 한국, 미국, 일본을 비롯한 세계 각국에 출원을 완료했다.

<한주엽 기자>powerusr@ddaily.co.kr