낸드 300단 시대 열었다…SK하이닉스 최고층 낸드 개발(종합)

업계 최초 321단 TLC 낸드…내년 상반기 공급

中 추격 따돌려…D램 이어 낸드도 유리한 입지

'3-플러그' 공정 기술 도입…적층 한계 돌파

[이데일리 조민정 기자] SK하이닉스(000660)가 세계 최고층인 321단 낸드플래시 개발에 성공하며 ‘300단’ 시대가 열렸다. 중국 업체들의 추격이 심상치 않은 상황에서 SK하이닉스는 기술력에서 우위를 선점하며 한발 더 치고 나갔다.

SK하이닉스가 양산에 돌입한 세계 최고층 321단 낸드 신제품.(사진=SK하이닉스)

SK하이닉스는 321단 1Tb(테라비트) 트리플 레벨 셀(TLC) 4D 낸드를 업계 최초로 양산하기 시작했다고 21일 밝혔다. TLC는 한 개의 셀(Cell)에 세 개의 정보(비트 단위)를 저장하는 낸드를 의미하는데, 정보 저장량이 늘어날수록 같은 면적에 더 많은 데이터를 저장할 수 있다.

300단이 넘는 낸드 제품을 개발한 건 SK하이닉스가 처음이다. SK하이닉스는 지난해 6월 직전 세대 최고층 낸드인 238단 제품을 양산한 바 있다. SK하이닉스 관계자는 “기술 한계를 또 돌파했다”며 “내년 상반기부터 321단 제품을 고객사에 공급해 시장 요구에 대응해 나갈 것”이라고 밝혔다.

그동안 반도체 업계는 200단 수준에 머무르며 적층 기술의 한계를 깨기 위한 개발에 몰두해 왔다. 삼성전자가 지난 4월 양산을 시작한 9세대 V낸드는 280~290단, 미국 마이크론이 7월 발표한 9세대 3D 낸드는 276단으로 알려졌다. 중국 양쯔메모리(YMTC)는 지난해 232단 낸드 양산에 성공하며 턱밑까지 쫓아왔다.

(그래픽=이미나 기자)

SK하이닉스는 200단 한계를 극복하기 위해 생산 효율이 높은 ‘3-플러그’ 공정 기술을 도입했다. 해당 기술은 세 번에 나눠 플러그 공정을 진행한 후 최적화된 후속 공정을 거쳐 3개의 플러그를 전기적으로 연결하는 방식이다.

플러그는 여러 층의 기판을 쌓은 뒤 셀을 한 번에 형성하기 위해 내는 수직 구멍을 의미한다. SK하이닉스는 플러그 안에 채우던 물질을 바꿔 변형을 줄인 저변형 소재를 개발하고, 플러그 간 자동 정렬 보정 기술을 도입했다.

회사 기술진은 이전 세대인 238단 낸드의 개발 플랫폼을 321단에도 적용해 공정 변화를 최소화하며 생산성을 59% 향상시켰다. 이밖에 데이터 전송 속도는 12%, 읽기 성능은 13%, 데이터 읽기 전력 효율은 10% 이상 각각 높아졌다.

낸드 시장에서 빠르게 입지를 넓히고 있는 SK하이닉스는 인공지능(AI)향 저전력 고성능 신규 시장에도 적극 대응해 활용 범위를 넓혀갈 계획이다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 2분기 낸드 시장 점유율은 △삼성전자(005930) 36.9% △SK하이닉스 22.1% △마이크론 19.81% 등이다. 업계에서는 내년 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 모두 400단대 낸드를 출시하고, 오는 2030년에는 1000단 시대가 열릴 가능성이 있다고 보고 있다.

최정달 부사장(낸드개발담당)은 “300단 이상 낸드 양산에 가장 먼저 돌입하면서 AI 데이터센터용 SSD, 온디바이스 AI 등 AI 스토리지(저장장치) 시장을 공략하는 데 유리한 입지를 점하게 됐다”며 “고대역폭메모리(HBM)로 대표되는 D램은 물론이고 낸드에서도 초고성능 메모리 포트폴리오를 완벽하게 갖춘 ‘풀스택 AI 메모리 프로바이더(Provider)’로 도약할 것”이라고 말했다.

(그래픽=김일환 기자)