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SK하이닉스가 10일 72단 3D(3차원) 낸드플래시 개발에 성공했다고 밝혔다. 이 제품은 트리플레벨셀(TLC) 기반에 용량은 256기가비트(Gb), 기존 48단 3D 낸드와 비교해 읽기·쓰기 성능을 20% 가량 높인 것이 특징이다.

3D 낸드 시장 진출이 상대적으로 늦었던 만큼 36단(2015년), 48단(2016년)에서 기틀을 마련하고 72단으로 본격적인 상승세에 오르겠다는 전략으로 풀이된다. 반도체 호황을 맞아 투자에도 적극적으로 나서는 모양새다.

당연하지만 넘어야 할 과제도 만만치 않다. 물론 목표였던 72단 3D 낸드 개발을 상반기가 끝나기 2개월 전에 마무리했다는 점은 고무적이다. 그렇더라도 본격적인 양산까지는 시간이 필요하다. SK하이닉스는 지난해 4분기 양산에 들어간 48단 3D 낸드와 함께 72단 3D 낸드는 4분기에 생산을 시작한다는 방침을 세웠다.

이천 M14 2층 절반을 사용하는 신규 3D 낸드 생산라인은 빨라야 7월부터 가동된다. 이에 따라 이번에 개발한 72단 3D 낸드는 우선 청주 공장에서 먼저 양산이 시작된다. 올해 연말까지 3D 낸드 비중을 평면(2D)보다 높이기로 한 상태이기 때문에 72단 3D 낸드 램프업(생산량 증대)는 이천 공장에 달렸다고 해도 과언이 아니다.

◆72단 3D 낸드 당분간 주력으로 자리잡을 듯=현재 SK하이닉스는 웨이퍼 투입 기준으로 월 3~4만장의 3D 낸드를 만들어내고 있다. 2D 낸드를 합치면 월 21만장이다. 앞서 언급한 것처럼 올해 3D 낸드 비중이 2D 낸드를 넘어서기 때문에 적어도 10만장이 대상이어야 한다.

SK하이닉스의 36단 3D 낸드 칩(다이, Die) 면적은 88.36㎟(10.31×8.57mm)이다. 300mm 웨이퍼 원판의 면적(πr²=150×150×3.14)이 약 7만650㎟이므로 칩 면적을 나누면 799개가 나온다. 당연하지만 이 수치는 어디까지나 이론에 불과하다. 가로·세로 커팅선과 웨이퍼 주변의 낭비되는 공간, 그리고 수율을 감안하면 웨이퍼 한 장에서 만들 수 있는 칩은 600개 정도라고 봐야 한다.

36단 3D 낸드에서 72단 3D 낸드까지 적층이 꽤 순조롭게 진행됐다는 점을 떠올렸을 때 기본 설계가 무척 탄탄했다고 봐야 한다. 실제로 36단 3D 낸드의 셀 트랜지스터 방식은 익히 알려진 대로 원통형 ‘게이트 올 어라운드(Gate all around, GAA)’와 ‘차지 트랩 플래시(Charge Trap Flash, CTF)’의 조합이다. 전압을 걸어주는 컨트롤 게이트(CG) 재료로 텅스텐, 그리고 구리와 알루미늄을 적절히 섞었다.

업계 전문가는 “96단 이상까지 기술적으로 무리가 없지만 경제적으로는 큰 이득을 보기 어렵다”며 “48단·72단 3D 낸드가 당분간 주력 제품으로 오랫동안 자리잡을 가능성이 높다”고 전했다.

<이수환 기자>shulee@ddaily.co.kr