세계 최초 ‘3D 수직구조 낸드플래시 메모리’ 양산

삼성전자가 세계 최초로 반도체의 기본 저장단위인 셀을 수직으로 쌓은 ‘3차원 수직구조 낸드(3D V-NAND) 플래시 메모리’의 본격 생산에 들어갔다. 반도체는 수평 구조로 생산해야 한다는 고정관념을 깨고 칩 구조에 수직 개념을 도입, 한계에 봉착한 메모리 기술의 신기원을 이뤘다는 평가를 받는다. 낸드플래시메모리란 전원이 꺼져도 데이터가 저장되는 메모리 반도체를 말한다.



삼성전자는 6일 반도체 미세화 기술의 한계를 극복한 3차원 수직구조 낸드플래시 메모리의 양산을 시작했다고 밝혔다.

3차원 수직구조 낸드플래시 메모리는 업계 최대 용량인 128기가비트 제품이다. 1280억개 메모리 저장장소를 손톱만 한 크기의 칩에 담았다는 의미다. 삼성전자는 독자적으로 개발한 ‘3차원 원통형 CTF(3D Charge Trap Flash) 셀 구조’와 ‘3차원 수직적층 공정’ 기술을 적용했다고 밝혔다.

지금까지 낸드플래시 메모리칩은 40여년 전 개발된 플로팅 게이트 구조를 기본으로 한다. 데이터를 저장하는 기본 단위인 셀을 단독주택처럼 옆으로 붙여 가는 방식이다. 때문에 셀을 얼마나 가깝게 붙이느냐가 신기술의 관건이었다. 하지만 최근 들어 업계 내부에선 “옆으로 붙이는 것은 사실상 한계에 이르렀다”는 지적이 나왔다. 셀 사이 간격이 10나노(1나노는 10억분의1)급까지 바짝 붙으면서 전자가 옆으로 새는 ‘간섭 현상’이 심해졌기 때문이다. 이런 배경에서 전문가들은 “10나노급 이상의 낸드플래시 제품이 나오기는 쉽지 않을 것”이라는 전망을 했다.

수년간 반도체 업계들은 마치 고층건물을 올리듯 셀을 수직으로 쌓아가는 방법을 물밑에서 연구해왔다. 결국 경쟁사들 간의 개발경쟁에서 삼성전자가 가장 먼저 원통형 셀 구조를 완성해 양산체계에 들어간 셈이다. 개발된 ‘3차원 원통형 CTF 셀’은 24단(층)으로 전하를 안정적인 부도체에 저장해 위·아래 셀 간 간섭을 막을 수 있다는 장점이 있다.

이 덕분에 쓰기 속도는 2배 이상 빨라지고, 셀 수명인 쓰기 횟수(내구연한)는 2~10배까지 향상됐다. 소비전력은 절반으로 준다는 게 삼성 측의 설명이다.

삼성전자 관계자는 “1년 동안 검증한 결과 안정성도 확신할 수 있다는 결론을 내려 새 반도체를 서버 등 고급 제품라인에 먼저 투입시킬 계획”이라고 밝혔다.

신기술은 최근 정체기를 겪는 메모리 반도체 업계에 변화의 바람을 일으킬 것으로 보인다. 현재 출시한 제품인 128기가비트를 넘어 1테라비트 이상 낸드플래시를 출시할 수 있는 기술적 기반이 마련했기 때문이다.

최정혁 삼성전자 플래시개발실장(전무)는 “수년간 임직원 모두가 기술적 한계를 넘고자 기술 개발에 매진해 얻은 결실”이라며 “집적도를 높이고 성능을 향상시킨 차세대 제품을 연이어 출시할 계획”이라고 말했다.

유영규 기자 whoami@seoul.co.kr