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SK하이닉스, 업계 최고층 ‘176단 4D 낸드’ 개발

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Monday, December 07, 2020, 11:12:00

176단 512Gb TLC 개발 완료·샘플 제공 시작..셀 층고 감소·생산성 35% 향상

 

인더뉴스 권지영 기자ㅣSK하이닉스(대표이사 이석희)가 업계 최고층인 176단 512Gb(기가비트) TLC(Triple Level Cell) 4D 낸드플래시를 개발했다고 7일 밝혔습니다. SK하이닉스는 이 제품을 솔루션화하기 위해 지난달 컨트롤러 업체에 샘플을 제공했습니다.

 

SK하이닉스는 96단 낸드플래시부터 CTF(Charge Trap Flash)와 고집적 PUC(Peri Under Cell) 기술을 결합한 4D 제품을 시장에 선보이고 있습니다.

 

이번에 개발한 176단 낸드는 3세대 4D 제품으로 업계 최고 수준의 웨이퍼 당 생산 칩 수를 확보했는데요. 이를 통해 비트 생산성은 이전 세대보다 35% 이상 향상돼 차별화된 원가경쟁력을 갖출 수 있게 됐습니다.

 

2분할 셀 영역 선택 기술을 새롭게 적용해 셀(Cell)에서의 읽기 속도는 이전 세대 보다 20% 빨라졌습니다. 또한 공정 수 증가 없이 속도를 높일 수 있는 기술도 적용해 데이터 전송 속도는 33% 개선된 1.6Gbps를 구현했습니다.

 

SK하이닉스는 내년 중반, 최대 읽기 속도 약 70%, 최대 쓰기 속도 약 35%가 향상된 모바일 솔루션 제품을 시작으로 소비자용 SSD와 기업용 SSD를 순차적으로 출시하는 등 응용처별 시장을 확대해 나갈 예정입니다.

 

낸드플래시는 층수가 높아지면서 셀 내부의 전류 감소, 층간 비틀림 및 상하 적층 정렬 불량(Stack misalignment)에 따른 셀 분포 열화 현상 등이 발생하게 됩니다.

 

SK하이닉스는 이러한 어려움을 ▲ 셀 층간 높이 감소 기술 ▲ 층별 변동 타이밍(Timing) 제어 기술 ▲ 초정밀 정렬(alignment) 보정 등 혁신적인 기술로 극복하고 업계 최고 수준의 176단 낸드를 개발했습니다.

 

또한 176단 4D 낸드 기반으로 용량을 2배 높인 1Tb(테라비트) 제품을 연속적으로 개발해 낸드플래시 사업 경쟁력을 높여 나간다는 방침입니다.

 

최정달 SK하이닉스 낸드개발 담당은 “낸드플래시 업계는 집적도 향상과 생산성 극대화를 동시에 달성하기 위해 기술 개발에 매진하고 있다”며 “SK하이닉스는 4D 낸드의 개척자로서 업계 최고의 생산성과 기술력으로 낸드플래시 시장을 선도해 나갈 것”이라고 말했습니다.

 

한편, 시장조사기관 옴디아는 2020년 4318억GB인 낸드플래시 시장이 2024년에는 1만 3662억GB로 확대돼 연평균 33.4% 성장할 것으로 예상하고 있습니다.

 

☞ 용어설명

 

4D 낸드- SK하이닉스는 2018년 96단 낸드플래시부터 CTF 셀 구조와 PUC 기술을 결합해 성능과 생산성을 동시에 구현한 차별성을 강조하기 위해 ‘4D 낸드플래시’로 명명.

 

CTF (Charged Trap Flash)- 전하를 도체(①)에 저장하는 플로팅 게이트(Floating Gate)와 달리 전하를 부도체(②)에 저장해 셀간 간섭 문제를 해결한 기술로, 플로팅게이트 기술보다 단위당 셀 면적을 줄이면서도 읽기, 쓰기 성능을 높일 수 있는 것이 특징. 대부분의 3D 낸드 업체는 CTF를 채용 중임.

 

PUC(Peri Under Cell)- 주변부(Peri.) 회로를 셀 회로 하단부에 배치해 생산효율을 극대화하는 기술.

 

2분할 셀 영역 선택 기술- 낸드플래시 회로에서 워드라인(Word Line)은 셀(Cell)에 전압을 인가하는 역할을 하고 있음. 적층수가 높아질수록 셀의 층고를 낮추기 위해 워드라인도 얇게 구현하는데, 이때 워드라인에 인가되는 저항이 커지면 속도에 영향을 받게 됨. 워드라인에 연결된 셀을 기존 대비 절반으로 분할해 저항을 낮춤에 따라 전압인가 시간을 단축하고 읽기 동작 속도를 향상시킴.

 

셀(Cell) 층간 높이 감소 기술- 적층 수가 높아지면 셀 형성을 위한 구멍을 뚫기 어려워지고, 저항 증가 및 전류 감소로 성능과 신뢰성을 확보하기 어려워 짐. 이를 해결하기 위해서는 층간 높이를 최대한 낮추는 것이 필요하나 이 경우, 셀간 간섭이 심해지고 공정 불량이 발생할 가능성이 높아짐. 셀 층간 높이 감소 기술은 층간 높이를 낮추면서도 성능/신뢰성의 열화를 억제하는 공정과 설계 기술로 176단의 층간 높이를 획기적으로 낮추면서도 경쟁력 있는 성능·신뢰성을 확보함.

 

층별 변동 타이밍 제어- 적층 수는 높이고 층고를 낮추다 보면 층간 비틀림 현상 증가와 더불어 셀 산포 열화가 많아짐. 이러한 공정 열화로 각 층별 성능과 신뢰성이 저하되는 현상이 발생함. 이를 해결하기 위해 각 층별 특성에 따라 가하는 전압의 양과 시간을 조절해 셀 특성을 균일하게 유지하고 성능과 신뢰성을 높이는 기술.

 

초정밀 정렬(alignment) 보정 기술- 업계는 적층 수가 높아짐에 따라 셀 형성을 위한 구멍을 한번에 뚫을 수가 없어 두 번에 걸쳐 뚫는 더블 스택(Double Stack) 공정을 활용하고 있음. 이때 상하부 간 어긋남을 최소화하는 것이 더블 스택 기술의 핵심임. 상하부가 바르게 정렬되지 않으면 상하부 간 전류 흐름이 원활하지 않게 되며 열화 현상도 발생해 수율과 성능·신뢰성이 감소하게 됨.

 

SK하이닉스는 2017년 72단 제품부터 적용해온 더블 스택 기술을 이번 176단 제품에도 적용했으며 그간의 노하우를 기반으로 공정 상 정렬 불일치(misalignment)를 실시간으로 파악하고 구멍의 위치와 크기를 자동으로 보정해주는 기술을 고도화 함.

 

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권지영 기자 eileenkwon@inthenews.co.kr


삼성전자, 1분기 영업익 6.61조…지난해 동기 대비 931 증가

삼성전자, 1분기 영업익 6.61조…지난해 동기 대비 931% 증가

2024.04.30 15:11:43

인더뉴스 이종현 기자ㅣ삼성전자[005930]가 스마트폰 판매 호조와 메모리 시장 개선에 힘입어 1분기 기준 역대 두 번째 매출 기록을 세웠습니다. 삼성전자는 30일 컨퍼런스콜을 열고 1분기 매출이 전분기 대비 6% 증가한 71조9156억원이라 밝혔습니다. 2022년 4분기 매출 70조4646억원을 기록한 이후 처음으로 70조원대 매출을 회복한 것입니다. 1분기 기준으로는 2022년 1분기에 77조7800억원을 기록한 이후 역대 두 번째로 높은 매출입니다. 영업이익의 경우 6조6060억원을 기록했습니다. 이는 전분기 영업이익보다 931.87% 높은 수치이며 작년 한 해 동안의 영업이익 총합인 6조5700억원보다도 많은 수치입니다. 반도체를 담당하는 DS(Device Solutions)부문은 매출 23조1400억원, 영업이익 1조9100억원을 기록했습니다. 메모리의 지속적 가격 상승에 대한 시장 기대감으로 구매 수요가 강세를 보였으며 DDR5 및 고용량 SSD 수요 강세가 이어짐에 따라 흑자 전환이 이루어진 것으로 분석됩니다. 삼성전자의 DS부문이 흑자를 기록한 것은 2022년 4분기 이후 5분기 만입니다. 파운드리의 경우 재고 조정으로 인해 매출 개선이 지연되었으나 효율적 팹 운영을 통해 적자폭은 소폭 축소됐습니다. DX(Device eXperience)부문은 매출 47조2900억원, 영업이익 4조700억원을 기록했습니다. 삼성전자의 첫 AI폰인 갤럭시 S24 시리즈의 판매 호조로 인한 수치라 삼성전자는 설명했습니다. TV 시장은 비수기 진입으로 인해 전분기 대비 실적이 감소했으나 Neo QLED 및 OLED, 75형 이상 대형 수요는 견조했습니다. 생활가전은 비스포크 AI 등 프리미엄 AI 가전의 매출 비중이 증가함에 따라 수익성이 향상된 것으로 나타났습니다. 하만은 매출 3조2000억원, 영업이익 2400억원을 기록했으며 계절적 비수기 진입으로 소비자 오디오 판매 둔화 속 실적이 소폭 하락했습니다. 디스플레이(SDC)는 매출 5조3900억원, 영업이익은 3400억원을 기록했습니다. 중소형 패널의 경우 판매 경쟁 심화로 전분기 대비 실적이 하락했습니다. 한편, 삼성전자의 1분기 시설투자는 11조3000억원으로 이중 DS는 9조7000억원, 디스플레이 1조1000억원 수준이며 전년 동기 대비 6000억원 증가했습니다. AI 탑재한 갤럭시Z, 새로운 폼팩터 갤럭시링…하반기 출격 삼성전자는 이날 컨퍼런스콜에서 향후 부문별 사업 방향성에 대해서도 밝혔습니다. 삼성전자는 생성형 AI 관련 수요 견조세가 지속되는 가운데 수요 대응을 위해 HBM3E 8단 양산을 4월에 시작했으며 12단 제품도 2분기 내 양산할 계획입니다. D램은 1b나노 32기가비트 DDR5 기반 128기가바이트 제품의 2분기 양산 및 고객 출하를 통해 서버 시장 내 경쟁력을 강화할 방침입니다. 낸드는 2분기 중 초고용량 64TB SSD 개발 및 샘플 제공을 통해 AI용 수요에 적기 대응하고 업계 최초로 V9 양산을 개시한다는 예정입니다. DX부문에서는 2분기 비수기에 진입하며 스마트폰 출하량이 감소하고 평균판매가격이 인하되지만 태블릿 출하량은 유지할 것으로 전망했습니다. 업계에서는 삼성전자가 하반기에 매출 증대 폭이 클 것으로 보고 있습니다. '폴더블 대세화'의 핵심으로 AI 기능을 탑재한 신제품 '갤럭시Z폴드6', '갤럭시Z플립6' 등의 출시가 예정돼있으며 새로운 폼팩터 '갤럭시링'이 출시됨에 따라 시장에 큰 변화가 일어날 것으로 확률이 높기 때문입니다. 이날 컨퍼런스콜에서 다니엘 아라우조 삼성전자 MX사업부 상무는 "태블릿은 탭S9 시리즈에 갤럭시AI 기능을 제공하고 웨어러블의 경우 하반기 신모델을 중심으로 갤럭시 에코시스템 경험을 강화해나갈 계획"이라며 "갤럭시링을 통해서는 수면을 비롯한 고객들이 체험할 수 있는 전반적인 헬스케어 경험을 높일 것"이라 말했습니다. 한편, 삼성전자가 글로벌 홍보 효과를 위해 오는 7월 2024 하계 올림픽이 개최되는 프랑스 파리에서 갤럭시 언팩 행사를 개최할 가능성이 제기됩니다. 구체적인 행사 일정은 6월 중에 공개할 예정입니다.


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