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내달 반도체학회 ‘VLSI 심포지엄 2024’서 개발 현황 공개 ,,,
1000단대 낸드, SSD 용량도 ‘페타급’ 업그레이드 ,,, “KAIST 포함 연구기관과 협력 중… R&D 속도 높인다” ,,,
● 삼성전자가 차세대 메모리 반도체 소재로 지목한 ‘하프니아 강유전체(Hafnia Ferroelectrics)’ 기반 낸드플래시
연구개발(R&D)에 속도를 내고 있다.
- 현재 200단~300단대에서 기술적 난관에 맞닥뜨린 3D 낸드플래시를 1000단대까지 끌어올려 메모리 반도체
용량을 획기적으로 끌어올리겠다는 포부다.
▷ 삼성전자는 현재까지 진행된 R&D 성과를 내달 미국 하와이에서 열리는 세계 최고 권위의 반도체학회
‘VLSI 심포지엄 2024′에서 카이스트(KAIST)와 함께 발표할 계획이다.
- 14일 업계에 따르면 삼성전자는 KAIST를 비롯한 국내외 주요 연구기관과 하프니아 강유전체 소재 기반 3D 낸드 기술에 R&D 역량을 집중하고 있다.
▷ 하프니아 강유전체는 기존 3D 낸드 적층 기술에 사용되는 산화물 기반 박막(thin film)을 대체할 신소재다. 내구성과 안정성을 높일 것으로 기대된다.
- 3D 낸드는 10nm미터(㎚)대에서 기술적 진보를 이루지 못한 평면(2D) 낸드의 한계를 극복하기 위해 등장했다.
▷ 지난 2013년 삼성전자가 업계 최초로 상용화했다.
→ 평면 낸드를 단독주택에 비유한다면, 수직으로 적층하는 방식으로 셀(Cell)을 쌓아 올리는 3D 낸드는 아파트로 볼 수 있다.
평면 낸드보다 속도가 빠르고 용량을 늘릴 수 있으며, 전력 소모가 적다는 강점이 있다.
▷ 다만 3D 낸드 기술도 완벽한 것은 아니다.
→ 우선 3D 낸드의 층수를 높게 쌓으려면 산화물·질화물(ONON) 또는 산화물·폴리 실리콘(OPOP)과 같은 소재를 박막으로 층수를 높여나가야 하는데, 이 과정에서
각 층 사이의 편차가 발생한다. 이 편차가 커질수록 높은 층수의 낸드 생산 수율이 떨어지고 제품 성능이나 내구성도 약화된다.
→ 공정상의 어려움도 점점 커지고 있다.
3D 낸드의 경우 각 층을 하나로 잇는 채널을 만들기 위해 구멍을 뚫는 기술(에칭·etching)이 핵심인데, 층수가 높아질수록 정교한 에칭이 어려워진다.
특히 3D 낸드 상단에서 하단으로 균일한 구멍 직경을 유지하는 건 100~200단 이상의 3D 낸드가 주류를 이루는 현 공정에서도 매우 난도가 높은 것으로 알려져 있다.
- 여기에 해결사로 등장한 것이 바로 강유전체 소재다.
▷ 기존 3D 낸드의 박막 소재로 사용되는 산화물 대신 강유전체를 사용할 경우 박막을 더 얇고 강하게 만들 수 있다.
→ 10nm보다 훨씬 더 얇은 박막을 구현할 수 있어 집적도를 높이는 데 유리하다. 안정성이 높아지기에 에칭 공정도 비교적 용이해진다.
데이터 기록에 필요한 전압이 낮고 전력 누설이 거의 없어 칩 성능이 개선된다는 강점도 있다.
→ 삼성전자 관계자는 “수년 내 1000단대 낸드 개발을 목표로 하고 있으며, 낸드를 기반으로 한 솔리드스테이트드라이브(SSD) 제품 성능과 용량을 페타바이트(PB·
테라바이트의 1000배) 수준으로 끌어올리기 위해 개발 역량을 집중시키고 있다”고 설명했다.
- 현재 업계에서 유통되는 SSD 제품의 최대 용량은 32테라바이트(TB) 수준이며, SSD에 탑재되는 최첨단 낸드 제품은 250단대가 주를 이루고 있다.
▷ 삼성전자는 이번 VLSI 심포지엄에서 내년에 선보일 400단대 낸드 제품 개발 현황과 이를 기반으로 한 고용량·고성능 SSD 등 중장기 메모리 개발 로드맵에 대해 밝힐
것으로 보인다.
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