정용환 기자
SSD 등 데이터 저장 매체에 탑재되는 NAND 타입 플래시 메모리는 1칩당 스토리지 용량 증가를 위해 메모리 셀을 수직 방향으로 적층한다는 접근 방식을 채택하고 있다. 지난 11월에는 SK하이닉스가 321층 NAND 타입 플래시 메모리를 발표했는데 이미 메모리 제조사는 수년 내에 1,000층을 넘어서는 적층 수를 실현하는 걸 목표로 개발을 진행하고 있다.
NAND 타입 플래시 메모리 용량을 늘리는 방법에는 메모리 셀을 수직 방향으로 적층하는 방법 외에 메모리 셀 1개에 복수 데이터를 쓰는 방식도 존재한다. 이미 메모리 셀 1개에 데이터 4개를 쓰는 QLC NAND가 시판되고 있으며 데이터 5개를 쓰는 PLC NAND 연구도 진행되고 있다. 하지만 메모리 셀 1개에 복수 데이터를 쓰는 방식에는 쓰기 속도가 느려진다는 단점도 존재한다.
메모리 셀을 수직 방향으로 적층하는 방식은 데이터 전송 속도를 유지하면서 스토리지 용량을 늘릴 수 있는 방법으로 주목받고 있으며 메모리 제조사가 적층 기술 향상을 경쟁하고 있다. 2024년 11월에는 SK하이닉스가 321층 NAND 타입 플래시 메모리를 발표하고 238층 NAND 타입 플래시 메모리와 비교해 대용량이면서 고속 데이터 전송이 가능함을 강조했다.
반도체 기업 ACM리서치(ACM Research) 제너럴 매니저인 모한 바른에 따르면 메모리 제조사는 1000층을 넘는 적층 수를 목표로 연구개발을 진행하고 있다. 하지만 1000층을 넘으려면 여러 과제를 해결해야 한다.
과제 중 하나는 메모리 셀을 대량으로 적층하면 작은 두께 차이가 큰 차이로 나타난다는 것이다. 이 문제를 해결하기 위해 ACM리서치는 메모리 셀 웨이퍼를 제조할 때 정기적으로 웨이퍼를 180도 회전시키는 방법을 연구하고 있다. 바른에 따르면 웨이퍼를 정기적으로 회전해 어긋남을 1% 이내로 억제할 수 있다고 한다.
또 메모리 셀을 적층시키는 경우 겹쳐진 메모리 셀을 관통하는 메모리 스루홀도 형성해야 하는데 적층 수가 늘어날수록 메모리 스루홀 형성은 더 어려워진다. 각 제조사는 정밀하고 튼튼한 메모리 스루홀을 실현하기 위해 기존 소재를 대체할 새로운 소재 개발에도 힘쓰고 있다.
더불어 1000층을 넘는 NAND 타입 플래시 메모리 실현에는 지정학적 문제도 있다. 미국은 중국에 대해 128층 이상 NAND 타입 플래시 메모리 수출을 제한하고 있어 YMTC 같은 중국 기업은 128층 이내 메모리 스택을 여러 개 연결하는 방식을 채택해야 한다.
참고로 보도에선 여러 문제를 해결하고 1000층을 넘는 NAND 타입 플래시 메모리를 실현하려면 수년이 걸릴 것이라고 언급했다. 관련 내용은 이곳에서 확인할 수 있다.
이원영 기자
이석원 기자
