삼성전자, 3D 낸드 세대 교체…"4세대 비중 연내 50% 확대"

올해 1월 기업 고객 대상 4세대 SSD 공급
서버·PC·모바일용 낸드 제품 전체로 라인업 확대
생산성·전력효율 30% 이상 확대
삼성전자, 낸드 시장 점유율↑·수익성 개선 기대
초고집적 셀 구조·공정 등 3가지 혁신 기술 적용
"경쟁사 대비 2년 이상 기술 격차" 평가

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[아시아경제 강희종 기자]삼성전자가 4세대 3차원(3D) V낸드의 비중을 연내 50% 이상으로 확대하기로 했다. 삼성전자는 전세계적으로 유일하게 4세대 3D 낸드를 양산하고 있는 기업이다. 이번 조치로 낸드플래시 시장에서 삼성전자와 경쟁사들과의 격차는 더욱 확대될 전망이다.

삼성전자는 4세대 256기가비트(Gb) V낸드 플래시를 본격 양산하며 서버, PC, 모바일용 등 낸드 제품 전체로 4세대 V낸드 라인업을 확대한다고 15일 밝혔다.

삼성전자는 지난 1월 글로벌 기업 고객들을 대상으로 4세대 256Gb 기반 솔리드스테이트드라이브(SSD)를 공급해왔다. 이후 3세대(48단) 공정을 4세대로 지속적으로 전환해 이번에 4세대 제품군을 모바일용 내장 메모리(eUFS), 소비자용 SSD, 메모리카드 등에 4세대 V낸드를 확대하게 됐다.

4세대 V낸드는 3세대 대비 성능이 30% 이상 향상된 제품으로 전세계적으로 수요가 많았지만 그동안 생산량이 제한돼 왔다. 삼성전자는 현재 화성 반도체 공장에서 4세대 V낸드를 양산하고 있으며 6월말 본격 가동하는 평택 공장에서도 생산을 시작, 올해 안에 4세대 비중을 50% 이상으로 확대한다는 계획이다.

삼성전자가 성능이 향상된 4세대 제품 생산을 본격 확대하면서 낸드플래시 시장에서 삼성전자의 점유율은 더욱 확대될 것으로 보인다. 시장조사업체 IHS에 따르면 삼성전자는 전세계 낸드플래시 시장에서 36.1%의 점유율로 1위를 차지하고 있다. 4세대 제품은 단위면적당 생산성이 30% 이상 향상돼 향후 삼성전자의 수익성 개선에도 기여할 것으로 기대된다.

삼성전자는 4세대 V낸드를 개발하면서 '초고집적 셀 구조·공정', '초고속 동작 회로 설계', '초고신뢰성 CTF 박막 형성' 등 3가지 혁신 기술을 적용하면서 경쟁사들과 기술 격차를 벌렸다고 강조했다. 관련 업계에서는 삼성전자와 경재사간 약 2년의 기술 격차가 있는 것으로 보고 있다. 전세계적으로 4세대 3D 낸드를 양산하는 곳은 현재 삼성전자가 유일하다. SK하이닉스, 도시바, 웨스턴디지털 등 경쟁사들은 올해 하반기부터 4세대 제품을 양산할 계획이다.

V낸드는 데이터를 저장하는 셀을 만들 때 수십 개의 단을 쌓아 올려 위에서부터
하단까지 수십억 개의 미세한 구멍을 균일하게 뚫어 수직으로 셀을 적층하는 '3차원(원통형) CTF 셀 구조'로 되어 있다. 그러나 단수가 높아질수록 형성한 구조가 틀어지거나 최상단과 최하단 셀의 특성 차이가 생기는 등 적층 기술은 물리적 한계가 있었다.

이에 삼성전자는 '9-홀(Hole)'이라는 초고집적 셀 구조·공정' 기술을 개발해 각 층마다 균일한 홀 패턴을 형성하고 전체 단의 하중을 분산해 한계를 극복했다.

삼성전자 관계자는 "4세대 V낸드를 계기로 90단 이상의 수직 적층 한계를 극복해 반도체 칩 하나에 1조개 이상의 정보를 저장하는 '1테라(Tera) 비트 V낸드' 시대를 여는 원천 기술도 확보했다"고 설명했다.

삼성전자는 초고속 동작 회로 설계로 초당 1Gb의 데이터를 전송하며, 셀에 데이터를 기록하는 속도(tPROG)도 10나노급(Planar·평면) 낸드 대비 약 4배, 3세대 V낸드보다 약 1.5배 빠른 500μs(마이크로 초·100만분의 1초)를 달성했다.

삼성전자는 원자 단위로 제어할 수 있는 CTF(Charge Trap Flash) 박막을 형성해 셀 크기를 줄이면서도 쓰기·지우기 특성 수명을 높였고, 셀과 셀사이의 데이터 간섭 현상을 최소화하는 제어 기술(채널 박막화)도 구현해 3세대 대비 신뢰성도 20% 향상시켰다고 강조했다.

경계현 삼성전자 메모리사업부 플래시개발실 부사장은 "테라 V낸드 시대를 앞당기기 위해 임직원 모두 혁신적인 기술 개발에 전념했다"며 "향후에도 차세대 제품을 적기에 개발해 글로벌 IT 기업과 소비자의 사용 만족도를 높인 솔루션을 제공하겠다"라고 밝혔다.

삼성전자는 지난 15년간 '3차원 수직구조 V낸드플래시'를 연구하며 500건 이상의 핵심 특허를 개발해 미국, 일본을 비롯한 세계 각국에 출원을 완료했다고 설명했다.

강희종 기자 mindle@asiae.co.kr