3D낸드, 64단 넘어 96단으로…적층 경쟁 '진행중'

송고 2017.07.06 14:48 | 수정 2017.07.06 15:29
최다현 기자 (chdh0729@ebn.co.kr)

삼성전자 '9-Hole'·도시바-WD 'QLC'…높게 쌓고 많이 담는다

SK하이닉스 72단 3D낸드 개발 완료 선언 후 양산 돌입까지 3개월

완공된 평택캠퍼스의 모습.ⓒ삼성전자

3D낸드플래시의 적층 단수가 세자릿수에 가까워지고 있다. 삼성전자와 도시바, SK하이닉스 등은 90단을 넘어서는 다음 세대 3D낸드 개발에 열중하는 상황이다.

6일 반도체업계에 따르면 삼성전자와 일본 도시바, 미국의 웨스턴디지털은 96단 3D 낸드 개발을 둘러싸고 총성없는 전쟁을 벌이고 있다.

낸드플래시는 평면에서의 집적 기술이 한계를 맞이하면서 위로 층을 쌓는 3D낸드가 대세로 자리잡았다. 그러나 업계 관계자들은 단수가 높아질수록 안정적으로 칩을 생산해내는게 쉽지 않다고 입을 모은다.

◆64·72단은 양산 돌입…차세대 3D낸드 96단까지 쌓는다
삼성전자는 공식적으로 밝히지는 않았지만 96단 3D낸드는 개발을 완료한 것으로 알려졌다. 96단에 앞서 양산에 들어간 4세대 64단 V낸드는 평택캠퍼스에서 본격 생산될 예정이다.

삼성전자는 수직 적층 한계를 극복하기 위해 '9-Hole'이라는 초고집적 셀 구조 공정 기술을 개발해 각 층마다 균일한 홀 패턴을 형성하고 전체 단의 하중을 분산했다. 이를 토대로 삼성전자는 90단 이상의 수직 적층 한게를 극복하고 칩 1개당 1조개 이상의 정보를 저장하는 1Tb(테라비트) V낸드 시대를 열 원천 기술을 확보했다.

초당 1기가비트의 데이터를 전송하는 '초고속 동작 회로 설계'와 원자 단위로 제어할 수 있는 'CTF(Charge Trap Flash)'는 삼성전자의 다음 세대 3D 낸드 개발의 핵심적인 기술로 꼽힌다.

ⓒ삼성전자·SK하이닉스

낸드플래시 업계 2위인 도시바는 웨스턴디지털과 공동으로 4비트의 데이터를 셀 하나에 저장할 수 있는 'QLC'기술을 적용한 96단 3D낸드 개발을 완료했다고 발표했다.

도시바-WD의 96단 3D낸드는 256Gb칩으로 초기 생산된다. 개발사 측은 향후 1Tb를 포함해 다양한 용량으로 출하될 것이라고 설명했다. 셀당 3비트(TLC) 및 4비트(QLC)로 제공되며 OEM 고객 대상 샘플링은 하반기, 시험 생산은 내년 중 돌입한다는 계획이다.

그러나 일각에서는 도시바와 웨스턴디지털의 96단 3D낸드 양산 가능성에 대해 의구심을 제기한다. 통상적으로 양산에 이르기까지 1년 이상의 시간이 걸리기도 해 개발 완료를 대대적으로 홍보하는 일은 드물기 때문이다.

때문에 96단 3D낸드 개발 완료 발표는 양산을 목적에 둔 것이기보다는 매각 본계약 체결을 앞두고 몸값 높이기를 위한 포석이라는 해석도 존재한다.

양산을 기준으로는 SK하이닉스의 72단 3D낸드가 가장 높은 적층수를 자랑한다. SK하이닉스는 이달 초부터 72단 3D낸드플래시를 양산하기 시작했다. SK하이닉스는 앞서 지난 4월 72단 낸드플래시 개발 성과를 발표한 바 있다.

72단 3D낸드는 기존 48단 대비 적층수를 1.5배 높이고 기존 양산 설비를 최대한 활용해 48단 제품보다 생산성을 30% 향상했다. 칩 내부 고속회로설계를 적용해 동작 속도를 2배 높이고 읽기와 쓰기 성능은 20% 끌어올렸다.

SK하이닉스 관계자는 "72단 3D 개발 완료를 발표하면서 하반기 솔루션 제품 양산 계획을 밝힌 바 있다"며 "생산에 적합한 수율이 잡힘에 따라 양산에 돌입하게 됐다"고 말했다.

업계 관계자는 "단수가 같더라도 기술력에 따라 성능의 차이가 있을 수 있다"며 "신기술로 단을 높게 쌓더라도 최적화를 시키는 게 중요한 과제일 것"이라고 말했다.

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