삼성전자는 지난 1월 글로벌 B2B 고객들에게 공급을 시작한 4세대 256Gb V낸드 기반SSD에 이어 모바일용 eUFS, 소비자용 SSD, 메모리카드 등에 4세대 V낸드를 확대하고 올해안에 월간 생산 비중을 50% 이상으로 늘려 글로벌 고객의 수요 증가에 대응해 나갈 계획이다.

4세대(64단) V낸드에는 ‘초고집적 셀 구조·공정’, ‘초고속 동작 회로 설계’와 ‘초고신뢰성 CTF 박막 형성’ 등 3가지 혁신 기술이 적용되어 3세대(48단) 제품 대비 속도와 생산성, 전력 효율 모두 30% 이상 향상됐다.

V낸드는 데이터를 저장하는 셀을 만들 때 수십 개의 단을 쌓아 올려 위에서부터 하단까지 수십억 개의 미세한 홀(Hole, 구멍)을 균일하게 뚫어 수직으로 셀¹⁾을 적층하는 ‘3차원(원통형) CTF 셀 구조’로 되어 있다. 

반도체(집적회로)에서 0 또는 1로 표시되는 정보를 저장하는 공간 그러나 단수가 높아질수록 형성한 구조가 틀어지거나 최상단과 최하단 셀의 특성 차이가 생기는 등 적층 기술은 물리적 한계가 있었다. 

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

또한 ‘초고속 동작 회로 설계’로 초당 1기가비트(Gb)의 데이터를 전송하며 셀에 데이터를 기록하는 속도(tPROG)도 10나노급(Planar, 평면) 낸드 대비약 4배, 3세대 V낸드보다 약 1.5배 빠른 500μs(마이크로 초, 100만분의 1초) 를 달성했다.

4세대(64단) V낸드는 빨라진 속도뿐 아니라 동작 전압을 3.3V에서 2.5V로 낮춰 총 소비전력 효율도 30% 이상 높였다.

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

삼성전자 메모리사업부 플래시개발실의 경계현 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”고 밝혔다.

삼성전자는 지난 15년간 ‘3차원 수직구조 V낸드플래시’를 연구하며 500건 이상의 핵심 특허를 개발해 미국, 일본을 비롯한 세계 각국에 출원을 완료하는 등 메모리 반도체 기술을 선도해 나가고 있다.