SK하이닉스, '200단' 벽 넘었다..세계 최고층 낸드 출시

SK하이닉스 238단 낸드플래시 개발 성공
미국 마이크론보다 양산 늦었지만 높이는 세계 최고층
이전 세대 대비 속도 50%, 생산성 34% 개선

SK하이닉스가 기술장벽의 한계로 여겨지던 낸드플래시 ‘200단’의 벽을 넘었다. 200단 이상의 낸드플래시를 출시한 건 미국 마이크론에 이어 두 번째다. 마이크론보다 양산은 늦었지만 높이는 세계에서 가장 높다.

SK하이닉스는 현존 최고층인 238단 낸드플래시 개발에 성공했다고 3일 밝혔다. 이번 238단은 단수가 높아진 것은 물론, 세계에서 가장 작은 크기다. 데이터 전송 속도는 초당 2.4Gb로 이전 세대 대비 50% 빨라졌고 생산성은 이전 세대인 176단 보다 34% 높아졌다. 이전보다 단위 면적당 용량이 커진 칩이 웨이퍼당 더 많은 개수로 생산되기 때문이다. 칩이 데이터를 읽을 때 쓰는 에너지 사용량은 21% 줄었다. 

회사 측은 “2020년 12월 176단 낸드를 개발한 지 1년 7개월 만에 차세대 기술개발에 성공했다”며 “특히 이번 238단 낸드는 최고층이면서도 세계에서 가장 작은 크기의 제품으로 구현됐다는 데 의미를 둔다”고 밝혔다.

SK하이닉스가 개발한 238단 낸드플래시[SK하이닉스]

낸드플래시는 D램과 달리 전원이 꺼져도 정보가 저장되는 비휘발성 메모리다. 전자기기뿐 아니라 클라우드, 데이터센터에서도 활용 가치가 높다. 낸드플래시는 그동안 반도체 셀을 빌딩처럼 수직으로 쌓아 올리는 적층기술을 활용해 데이터 용량을 늘려왔다.

메모리 반도체는 저장 공간을 늘리기 위해 회로 선폭을 좁히고 반도체 소자를 집적화하는 미세 공정 기술이 핵심이다. 선폭이 줄면 같은 면적 안에 더 많은 데이터를 저장할 수 있다. 하지만 몇 년 전부터 미세 공정 대신 위로 층을 쌓아 올리는 적층 기술을 통해 반도체 성능 한계를 극복해 왔다. 작은 단층 칩 하나에 더 많은 반도체 소자를 구현하는 데는 기술적 한계가 있기 때문이다. 그동안 낸드플래시 업계는 ‘200단’이상 낸드플래시를 개발하기 위해 기술 경쟁을 펼쳐왔다. 하지만 미국 마이크론이 최근 232단 낸드를 세계 최초 양산하며 가장 먼저 200단의 벽을 넘었다. 

적층 기술은 단수가 높을수록 같은 면적에 고용량을 구현할 수 있어 수율(전체 생산품에서 양품의 비율)과 함께 메모리 반도체 기술의 척도로 꼽힌다. 낸드플래시는 한 개의 셀에 몇 개의 정보(비트 단위)를 저장하느냐에 따라 SLC(Single Level Cell, 1개)-MLC(Multi Level Cell, 2개)-TLC(Triple Level Cell, 3개)-QLC(Quadruple Level Cell, 4개)-PLC(Penta Level Cell, 5개) 등으로 규격이 나뉜다. 정보 저장량이 늘어날수록 같은 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있다. SK하이닉스가 이번에 개발한 238단 신제품은 TLC다. 낸드플래시는 높이 쌓을 만큼 웨이퍼당 생산 칩 수를 더 많이 확보할 수 있어서 생산성 역시 높아진다. 

SK하이닉스는 2018년 개발한 낸드 96단부터 기존 3D를 넘어선 4D 제품을 선보여왔다. 4D는 3D 대비 단위당 셀 면적이 줄어들면서도 생산효율은 높아지는 장점을 가진다.

4차원 구조로 칩이 구현되는 4D를 만들기 위해 이 회사 기술진은 CTF(Charge Trap Flash)와 PUC(Peri Under Cell) 기술을 적용했다. CTF는 전하를 도체에 저장하는 플로팅 게이트(Floating Gate)기술과 달리 전하를 부도체에 저장해 셀간 간섭 문제를 해결한 기술이다. 플로팅게이트보다 단위당 셀 면적을 줄이면서도 읽기, 쓰기 성능을 높일 수 있는 것이 특징이다. PUC는 주변부 회로를 셀 회로 하단부에 배치해 생산효율을 극대화하는 기술이다. 

SK하이닉스는 최근 238단 512Gb(기가비트) 4D 낸드플래시 샘플을 고객에게 출시했고, 내년 상반기 양산에 들어간다는 계획이다. SK하이닉스는 PC 저장장치인 cSSD(client SSD)에 들어가는 238단 제품을 먼저 공급하고, 이후 스마트폰용과 서버용 고용량 SSD 등으로 제품 활용 범위를 넓혀간다는 계획이다. 이어 내년에는 현재의 512Gb보다 용량을 2배 높인 1Tb 제품도 선보일 예정이다.

김영은 기자 kye0218@hankyung.com