삼성전자, 세계 최초 3D V낸드 양산… 초격차로 경쟁사 압도

2008년 시제품 개발 완료, 2011년 8단 적층 시제품 완성300건 이상의 핵심 특허 개발, 출원 완료

▲삼성전자는 6일 세계 최초로 반도체 미세화 기술의 한계를 극복한 신개념 3차원 수직구조 낸드(3D Vertical NAND, 3D V-NAND) 플래시 메모리의 양산을 시작했다고 밝혔다. 사진제공 삼성전자

삼성전자가 6일 발표한 3차원 수직구조 낸드(3D V낸드) 플래시 메모리 양산은 반도체 업계에 중요한 의미를 갖는다.

수평으로 늘어 놓는다는 고정관념을 깨고 칩 구조에 수직 개념을 도입, 한계에 달한 것으로 평가받던 반도체 제조공정의 진전을 가능케 했다. 그 동안 반도체 제조사들은 매년 떨어지는 시장 가격보다 더 빨리 원가를 낮춰가며 이익을 만들었다.

반도체 원가를 낮추는 방법은, 한 장의 웨이퍼에서 뽑아낼 수 있는 칩 수를 늘리는 것이다. 결국 고집적을 통해 칩 크기를 줄여야 하는 것이다. 반도체 제조사들은 50나노, 40나노, 30나노, 20나노까지 순조롭게 미세공정을 이어갔다. 하지만 최근 10나노급 공정이 도입되면서 문제가 발생했다. 셀간의 간격이 대폭 좁아지면서 전자가 누설되는 간섭 현상이 심화됐기 때문. 일부 전문가들은 10나노급 이하로 미세 공정을 더 낮추는 것은 쉽지 않을 것으로 우려하고 있다.

삼성전자는 이를 ‘구조 혁신’으로 돌파했다. 단층에 머물던 셀을 수직으로 적층하는 새로운 구조를 만들어냈다. 마치 고층 빌딩을 쌓듯 셀을 수직으로 24단까지 쌓았다. 삼성이 세계 최초로 개발한 2차원 CTF 기술을 입체화하면서 한 단계 발전시킨 방식이다. 이로 인해 쓰기속도는 2배 이상 빨라지고 셀 수명인 쓰기 횟수(내구 연한)도 제품별로 2배에서 최대 10배 이상으로 크게 늘어났다. 동시에 소비전력도 절반으로 줄었다. 3D V낸드의 등장은 반도체 업계 패러다임에 커다란 전환을 가져올 것으로 보인다. 삼성전자는 10나노급 이하 반도체 기술의 한계를 뛰어 넘어 향후 1Tb(테라비트) 이상의 낸드플래시를 출시할 수 있는 원천 기술을 확보한 상태다. 이같은 기술을 통해, 메모리 반도체 시장은 앞으로도 큰 폭의 성장을 이어갈 가능성이 크다.

최정혁 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실장(전무)는 “수 년간 임직원 모두가 기술적 한계 극복을 위해 혁신기술 개발에 매진한 결실”이라며 “향후 지속적으로 집적도를 높이고 성능을 향상시킨 차세대 제품을 연이어 출시해 세계 IT 산업 발전에 기여할 것”이라고 했다.

반도체 업계뿐 아니라 삼성전자 스스로도 이번 양산은 의미가 크다. 당초 내년에나 양산이 가능할 것이라는 전망을 보기 좋게 깨고 세계 유수의 경쟁사들보다 한 발 앞선 기술력을 과시했다. 특히 이날 삼성전자에 이어 2위 낸드플래시 업체인 도시바는 미국 샌디스크와 합작으로 4조원을 투입, 최첨단 낸드 플래시 메모리 공장을 건설키로 밝혔다. 도시바는 신규 공장에서 반도체 회로 선폭의 현재의 19나노에서 16~17나노로 미세화한 제품을 양산할 예정이라고 전했다. 하지만 삼성전자는 이보다 한 차원 높은 3D V낸드의 양산을 발표했다.

최정혁 전무는 “2008~2009년 이미 시제품 개발을 완료했었다”며 2년 전에는 8단 적층한 메모리카드 시제품을 만들었는데 수율 및 신뢰성 등 문제를 다 잡았다”고 밝혔다. 또 삼성전자는 지난 10년간 ‘3차원 수직구조 낸드플래시’를 연구하면서 300여건 이상의 핵심 특허를 개발해 한국, 미국, 일본을 비롯한 세계 각국에 출원을 완료한 상태다.