[SK 하이닉스] 세계 최초 혁신적인 4D 낸드 128단 양산 "반도체 공정 CTF와 PUC란 무엇인가"

불가능이라고 이어졌던 한계를 돌파해 나가는 것이

아마도 기술이 가진 가장 큰 매력이 아닌가 싶습니다.

 

지금 포스팅 할 낸드플래시 시장의 이야기 역시 마찬가지입니다.

 

SK 하이닉스가 세계 최초로 CTF(Charge Trap Flash)와 PUC

(Peri Under Cell)를 결합한 혁신적인 4D 낸드를 작년 10월에 구현해냈습니다.

 

그리고 올해 6월 세계 최초로 4D 낸드를 기반으로 128단까지 쌓아 올렸다고 합니다.

4D 낸드플래시를 이해하기에 앞서서

반도체 공정인 CTF와 PUC를 짚고 넘어가야 합니다.

CTF에 대해 설명해드리도록 하겠습니다.

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< 반도체 공정 CTF 란 >

반도체의 성능은 집적도를 높여 용량을 확보하는 것입니다.

하지만 셀 간의 간격이 너무 가까워지면  

셀 간의 간섭현상이 발생하게 되고 오류가 날 확률이 높아집니다.

 

이렇기 때문에 평면 구조(2D)의 낸드플래시에서 도달할 수 있는 집적도의 한계가 나타납니다.

이를 해결할 수 있는 방법은 위로 쌓아 올리는 것입니다.

이런 적층공법으로 SK 하이닉스는 24, 36, 48, 64, 96단까지 쌓아 올리는데 이르렀습니다.

 

그 다음 이야기 나눌 만한 부분은 플로팅 게이트와 CTF에 대한 이야기가 되겠습니다.

2D 낸드플래시 저장 방식을 플로팅 게이트라고 합니다.

플로팅 게이트에서 일종의 절연막이 전자를 통과시킨 후에

트랜지스터 안에 머무를 수 있게 하는 문지기 역할을 하게 됩니다.

그런데 문제는 전자들이 모여있는 FG, 이 부분이 전기가 통하고 자기장의 영향을 받는 도체라는 점 입니다.

앞에서의 문제처럼 집적도를 높이기 위해 셀 간의 간격이 줄어들게 된다면

역시 도체끼리 간섭현상이 발생되고 이는 오작동의 원인이 됩니다.

 

따라서 해답은 전자를 도체가 아닌 부도체에 저장하는 것입니다.

부도체에 전자를 저장하여 셀 간의 간섭이라는 집적도의 한계점을 돌파하는 것이

바로 CTF(Charge Trap Flash)가 되겠습니다.

 

이러한 96단 CTF에 PUC까지 접목이 된다면

SK하이닉스의 4D 낸드 플래시가 됩니다.

 

PUC에 대해 설명해드리도록 하겠습니다.

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< 반도체 공정 PUC 란 >

 

기본적으로 낸드플래시의 셀 구조는

셀이 차지하는 부분과 회로 등이 들어가는

주변부로 나뉘게 됩니다.

 

앞서 살펴본 것처럼 셀들을 위로 쌓아 올리고

플로팅 게이트를 CTF로 바꾸어 셀의 간섭 현상을 극복해

집적도 향상을 이어나갈 수 있도록 개선한 것이

바로 3D 낸드플래시입니다. 

 

주변의 회로부를 아래로 접어 칩 사이즈를 줄이는 설계 개선이

바로 PUC가 되겠습니다.

 

이를 통해 칩 사이즈가 30% 정도 감소하므로

웨이퍼당 만들 수 있는 반도체 생산량이 증가하게 되고

비용을 절감해 가격 경쟁력을 확보할 수 있게 됩니다.

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< 세계 최초 혁신적인 4D 낸드 128단 >

 

SK하이닉스가 세계 최초로 128단 1Tbit(테라비트) TLC(Triple Level Cell) 4D 낸드플래시를

개발하고 양산에 나선다고 밝혔습니다. 

이번에 양산하는 128단 낸드는 업계 최고 적층으로, 한 개의 칩에 3bit(비트)를 저장하는

낸드 셀(Cell) 3천6백억개 이상이 집적된 1Tb 제품입니다.

 

SK하이닉스는 이를 위해 자체 개발한 4D 낸드 기술에 초균일 수직 "식각 기술", 고신뢰성 다층 박막 셀 형성 기술,

초고속 저전력 회로 설계 등 혁신적인 기술 등을 적용했습니다.

※ "식각기술" 이란 무엇일까요?

By 렛유인 LTV

포토공정 후 필요한 회로 패턴을 제외한 나머지 부분을 제거하여

설계대로 반도체의 구조를 형성하는 패턴(Pattern)을 만드는 공정 입니다.

이 제품은 TLC 낸드로는 업계 최고 용량인 1Tb를 구현했다는 설명입니다.

기존에 SK하이닉스를 포함한 다수 업체가 96단 등으로 QLC(Quadruple Level Cell) 1Tb급 제품을 개발한 바 있지만,

성능과 신뢰성이 우수해 낸드 시장의 85% 이상을 차지하고 있는 주력 제품인 TLC로는

업계 최초로 SK하이닉스가 상용화한 것입니다. 

이번에 개발한 128단 1Tb 4D 낸드는 웨이퍼당 비트 생산성이 기존 96단 4D 낸드 대비 40% 향상됐고,

같은 제품에 PUC를 적용하지 않은 경우와 비교해도 비트 생산성이 15% 이상 높다고 덧붙였습니다.

SK하이닉스는 낸드 기술이 복잡해지고 공정수도 증가하는 와중에도 동일한 4D 플랫폼을 활용해 제품을 개발했고

공정 최적화를 통해 96단 대비 셀 32단을 추가 적층하면서도 전체 공정수를 5% 줄이는데 성공했습니다.

이를 통해 128단 낸드로의 전환 투자비용을 이전 세대에 비해 60% 절감할 수 있었다는 분석입니다. 

128단 1Tb 4D 낸드 16개를 하나의 반도체 패키지로 구성하면

업계 최고인 2TB 저장용량을 갖는 5G 스마트폰 구현도 가능해질 전망입니다.

SK하이닉스는 128단 4D 낸드와 동일한 플랫폼으로 차세대 176단 4D 낸드 제품도 개발 중이며,

기술 우위를 통한 낸드 사업 경쟁력을 지속적으로 강화해나간다는 방침입니다.

(By 한국 경제 TV)

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지금의 반도체 시장에서 다운 사이클이 끝나게 되면

새로운 지형이 형성하게 되므로

시장 선점을 위한 기업의 투자와 연구가

불가피하다는 말씀을 드리고 싶습니다.

 

D램뿐만 아니라 낸드 시장에서도

더 확고한 대한민국의 영역이되리라 기대가 됩니다.

 

긴 글 읽어주셔서 감사합니다.

 

좋은 하루 보내세요.