- 시작하기에 앞서......
잡설이라고 한 것은 제가 잘 모르기때문입니다.
자료나 내용 전개가 중구난방일 가능성이 높습니다.
본문이 100% 맞는다는 보장도 없습니다.
이런 점 참고해서 보시기 바랍니다.
-

-
2013.08.19.
Flash Memory Summit 2013 발표 내용 추가.
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20130819_611653.html
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/event/20130819_611597.html
2013.08.31. 내용 추가.
http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20130823_612339.html
-


2013년 8월 6일 삼성은 3차원 수직구조 낸드플래시 메모리 양산을 발표했습니다.
(
http://samsungsemiconstory.com/434)
3D Vertical NAND 줄여서 3D V-NAND라고 합니다.
몇 가지 내용을 정리해보면,
- 업계 최대 용량 128Gbit
- 3차원 원통형 CTF(Charge Trap Flash)
- 3차원 수직적층. 24단.
- 기존 20nm급 대비 집적도 2배 이상.
- 쓰기속도 2배 이상. (20nm급 Planar 대비)
- 쓰기횟수 2~10배 이상. (20nm급 Planar 대비)



(http://samsungsemiconstory.com/434)
Gate Stack 구조인 것으로 보아 TCAT(Terabit Cell Array Transistor)인듯.


(
http://samsungsemiconstory.com/434)
낸드플래시는 셀을 늘려서 용량을 늘리는데 그 동안 수평방향으로 확장을 해왔습니다.
이를 수직으로 쌓아서 면적을 늘리지 않으면서 용량을 늘리는겁니다.





가장 큰 이유는 공정 미세화에 한계가 왔기때문입니다.
10nm급으로 들어서면서 셀 간의 간섭이 심해지고 저장할 수 있는 전자의 양도 줄어들었습니다.
어떤 자료를 보면 최신 공정에서 신호 단계당 전자 수가 10~15개 수준입니다.
전자 10~15개 차이를 읽어내야 저장된 데이터가 어떤 것인지 읽을 수 있다는겁니다.
기존 방식으로 더 이상 집적도를 올릴 수 없는 상황에 왔습니다.

2차원으로 배치된 셀을 수직으로 배치하면 집적도를 극적으로 높일 수 있습니다만, 문제는 생산성이 나오냐는 것.
공정도 복잡해지고 그만큼 수율은 낮아집니다.
이번 삼성의 양산발표가 대단한건 그런 이유때문.








구조에 따른 분류, 소재에 따른 분류 등등 있는데다가 도시바-샌디스크, 삼성, 하이닉스 등등에서 연구 중인 방식도 다 제각각.
삼성이 제일 다양하게 연구개발하고 있는듯 합니다.
구체적인 부분은 모르겠지만 Gate Stack이 Channel Stack보다 제조는 쉬운듯.


(
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/HONSHI/20090827/174636/?P=1)


(
http://techon.nikkeibp.co.jp/article/HONSHI/20090827/174636/?P=1)


(
http://techon.nikkeibp.co.jp/english/NEWS_EN/20130613/287618/)
A/R이 단면적/높이 비율일겁니다.
(DRAM의 Capacitor와 공정 미세화 얘기할 때 자주 나옵니다.)
적층 구조이기때문에 전체 구조를 관통하는 구조의 A/R이 커질 수 밖에 없고(수직 방향으로 길어짐.) 제조 난이도가 올라갑니다.

- 업계 최대 용량 128Gbit
기존에도 128Gbit 제품은 있었습니다.
3bit/cell 제품이었지요.
통칭 TLC, 삼성에서는 3bit MLC라고 부르는 제품입니다.
2bit/cell (MLC) 제품은 최대 64Gbit 였습니다.
이런 정황상 이번 제품은 MLC 혹은 SLC로 봐야할 겁니다.
도시바에서 학회에서 발표한 3D 낸드를 보면 256Gbit, MLC이고 세로로 24개의 트랜지스터를 적층했습니다.
도시바는 자사의 3D낸드 구조를 BiCS(Bit Cost Scalable)이라고 하는데 삼성의 3D낸드와 비교하면 바탕이 되는 컨셉은 같습니다. Gate Stack 이지요.
비슷한 컨셉으로 같은 적층수에 256Gbit가 MLC면 128Gbit는 SLC로 보는게 맞을듯.
-> SLC 같음.
MLC라고 합니다.







- 기존 20nm급 대비 집적도 2배 이상.
Techinsight의 자료를 보면 2013년 2분기말~3분기초부터 16nm라고 하는데 그 덕일지도......
용량/면적 기준이면 40~50nm급일지도 모르겠습니다.
30nm 급이라고 합니다.
집적도 2배.

공정 노드만 보면 집적도는 V-NAND쪽이 러프하게 2배정도로 낮습니다.
수직의 채널구조의 단면이 어느 정도인가가 의문인데,
수직으로 24개 셀이 적층되었으니 앞서 말한 공정 노드에 의한 집적도 차이까지 반영하면 집적도는 12배가 됩니다.
실제 집적도는 2배 이상이라고 하는걸보면 수직 채널의 단면이 평면구조 셀 면적의 6배 이하라고 봐야겠지요.
채널 단면적은 평면셀 면적의 2~2.5배정도인듯 합니다.

- 쓰기속도 2배 이상. (20nm급 Planar 대비)
- 쓰기횟수 2~10배 이상.
(20nm급 Planar 대비)

쓰기속도 2배.
소비전력(읽기/쓰기) 46% 감소.
Program/Erase 내구성 10배.

Program/Erase cycle이 35,000으로 크게 늘었습니다.
20nm급 MLC가 3000
30nm급 MLC가 5000
50nm급 MLC가 10000
정도로 알려져 있습니다.
SLC가 100,000 으로 알려져 있으니 30nm급 MLC임을 생각하면 내구성이 크게 향상되었습니다.



- 3차원 원통형 CTF(Charge Trap Flash)
적층 구조에 일반적인 Floating Gate를 적용하면 구조적으로 복잡해지고 공정은 훨씬 더 복잡해지겠지요.
Floating Gate를 생략할 수 있는 CTF를 선택할 수 밖에 없습니다.



삼성은 2016~17년에 1Tbit를 실현한다고 합니다.
현 용량의 8배입니다.
아래 로드맵을 보면 그 때쯤이면 64단으로 현재에 비해 2배입니다.
용량을 8배로 하려면 다이가 커져야겠지요.

현재 24단으로 적층했음에도 용량이 두 배 밖에 늘어나지 않은건 공정이 복잡해짐으로써 상승한 비용을 작은 다이사이즈로 상쇄하기 위함이 아닌가 싶은데,
그렇다면 이후에 공정 상황에따라 다이사이즈가 커질 가능성도 있겠지요.


아무래도 A가 삼성같습니다. 3D 낸드가 제일 빠르니까요.
B는 도시바인듯. 19nm 얘기가 가장 먼저 나온게 도시바입니다.
(삼성이 최대 선폭을 기준으로 공정을 밝히는데 반해 도시바는 최소 선폭을 기준으로 공정을 발표해서 저 수치를 그대로 믿으면 안 된다는 얘기도 있습니다만 뭐 그건 여담......) 

- 3차원 수직적층. 24단.
공정미세화가 한계에 다다른 이상 용량을 늘리기위해서는 적층수를 늘리는 방법이 최선일겁니다.
EUV 노광 장비가 본격적으로 쓰이기 전까지는 말이지요.
이번 3D V-NAND 양산 덕에 낸드플래시에서 EUV 장비쪽은 고려하지 않는다는 얘기도 있습니다.
공정상의 어려움도 있을테니 당장 늘어날 것 같지는 않고 점차적으로 최소 두배까지는 늘릴 것으로 예상합니다.
24단에서 48단으로 바로 넘어가기는 힘들테니 중간에 32단이나 36단 정도를 한 번 거쳐서 갈듯 합니다.
여기서 더 나아간다고 가정하면 60단이나 64단이 될 가능성도 있을듯.

2013.08.19.
32 -> 48 -> 64 -> 96 인가 봅니다.

- V-NAND 기반 SSD 발표.





좌측의 V-낸드 SSD는 다이당 128Gbit(=16GB)에 채널당 4다이, 8채널이면 960GB(1024GB)이고,
그림은 4채널뿐이니 용량이 절반은 480GB 제품일겁니다.

8채널로 표시한 것으로 보아 일단 비교 기준은 960GB인 것 같네요.
비교대상인 Planar 낸드 SSD의 용량을 (이것만 봐서는) 알 수 없으나 아마도 같은 MLC 512GB인듯 합니다.
기판봐서는 SSD840 PRO같은데 최대 용량이 512GB였습니다.
(왼쪽 이미지는 진짜 V-NAND SSD 이미지라기보다는 제품 구성을 보여주기위한 예시라고 봐야겠지요.)

최근에 나온 SSD840 EVO 라인업에는 1TB가 있는데 기판 형태가 다릅니다.
SSD840 PRO에 들어간 낸드플래시가 21nm MLC인데 다이당 최대 용량이 64Gbit입니다.
채널당 8다이, 8채널이면 총 용량이 512GB입니다.
(다양한 방향의 해석이 같은 결과를 보여주네요.)

기존 제품 대비 쓰기속도 +20%, 소비전력 -40%

-
써놓고보니 별 내용이 없네요. 쩝......

- Applied Materials가 핵심 제조 기술을 제공.
(http://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/kaigai/20130823_612339.html)
Applied Materials는 3D 낸드 플래시 제조 공정 기술 개발에 대해 주요 낸드업체와 협력해왔다고 합니다.

아래는 2013 Analyst Meeting에서 공개한 슬라이드.



3D 낸드 제조에서 어려운 점은 Etch와 Deposition.









자사의 에치기술은 AVATAR를 통해 높은 A/R을 구현했다고 합니다.
삼성 V-NAND 채널의 A/R은 40:1 정도입니다.





3D 낸드의 제조원가 비율.
제조비용이 올라갑니다만 용량밀도를 높일 수 있기때문에 결과적으로 더 싸다고 볼 수도 있습니다.
16층으로 만들면 가격경쟁력이 없기때문에 24층이 필요하다는 의견이 나왔다고 하는데, 이런 제조비용때문인 것으로 보입니다.



자사 기술을 제공중인 회사를 공개했는데 애초에 낸드플래시 제조사가 4개입니다.
삼성, 도시바, SK 하이닉스, 마이크론.
주요 제조사를 모두 고객으로 두고 있는겁니다.




 

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Posted by gamma0burst Trackback 0 : Comment 49

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  2. addr | edit/del | reply noname 2013.08.10 22:21 신고

    소자 레벨은, 언제 봐도 뭔 소린지 이해가....;;;;
    암튼 정리해 주셔서 감사합니다.
    기회가 된다면, 한번 꼼꼼히 살펴보며 공부해 봐야 겠군요. (시간이 될지 모르겠지만...)

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2013.08.11 00:38 신고

      완전히 기초부터 설명하면 밑천 드러날 것 같아서(ㅋ) 이 정도만 다뤘는데 수박겉핥기 수준이 되버린지라 다른 글이나 자료를 찾아보시는게 더 나을지도 모르겠습니다.

  3. addr | edit/del | reply ㅁㅋ 2013.08.19 23:44 신고

    기존 제품 대비 쓰기속도 +20%, 소비전력 -40%

    기존 840도 전력소모 엄청적어서 대단하다고 생각햇는데 ㄷㄷ

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2013.08.19 23:57 신고

      낸드플래시 개수도 줄어든데다가 각각 소비전력도 절반수준이라서 그런가 봅니다.

      840 EVO보니까 컨트롤러 클럭 올라가고 캐시메모리 용량이 늘었던데 그 소비전력이 상쇄된건지 사양이 안 늘은건지.

  4. addr | edit/del | reply smpark 2013.08.21 13:48 신고

    잘보고 갑니다. 언제 봐도 정리가 잘되어 있네요..

  5. addr | edit/del | reply 2013.08.24 16:51

    비밀댓글입니다

  6. addr | edit/del | reply 피노키오 2013.08.25 09:11 신고

    고급형 V-SSD는 삼성이 뚫었고, 이제 하이닉스 도시바 누가됐든 TLC던 QLC던 수명이 두자리대로 떨어져도 좋으니
    백업하드 대체용 보급형시장도 뚫어줬음 좋겠네요.

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2013.08.25 14:29 신고

      QLC는 나오기 힘들겁니다.
      TLC도 SSD 제품화하는게 삼성뿐인데 그만큼 수명측면에서 부담이 있다는거겠지요.
      QLC는 더 제품화하기 힘들거고요.
      HDD를 대체할만한 용량과 가격의 SSD가 나오려면 차라리 3D NAND 보급을 기대하는게 나아보입니다.

  7. addr | edit/del | reply 플리즈 2013.08.25 12:20 신고

    발표 하기가 무섭게 상용 제품을 발표하는 거 보면 개발이나 연구는 이미 에전에 거의 완료가 된 상태였나봅니다.
    안정성이 증명되지 않으면 상용 제품을 발표하지 못할테니말이죠... SSD의 보급이 조금 더 앞당겨질까요?.

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2013.08.25 14:35 신고

      제품만 설계대로 뽑을수 있다면 안정성은 기존 MLC보다 무조건 좋으니까요.
      규격도 기존 낸드와 같을테니 SSD 개발도 크게 어렵지 않았을겁니다.
      양산공정 개발이 가장 빨랐다는게 의미있으려나요.

      낸드플래시의 고용량화를 막는 장벽을 하나 넘은셈이니 SSD보급을 앞당기는데 도움이 될듯 합니다.

  8. addr | edit/del | reply 2013.09.11 12:26

    비밀댓글입니다

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2013.09.11 19:39 신고

      이미지는 저도 공개된 자료를 쓴 것이기때문에 사용하셔도 상관없습니다.
      애초에 저에게 저작권이 없지요.

  9. addr | edit/del | reply ㅎㅁ 2013.09.12 09:32 신고

    감사합니다.

  10. addr | edit/del | reply Rhee 2013.09.28 17:44 신고

    AMAT 이야 Dry Etching, PECVD, ALD 장비애서는 독보적인 장비제조사니 협력 안할리가 없겠죵 ㅋㅋ

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2013.09.28 20:29 신고

      유명한데니까요.
      공정 장비에서 손 안 대는데가 없다해도 과언이 아닐 지경이니.ㅋ

  11. addr | edit/del | reply kuchankure 2013.11.01 20:54 신고

    3D NAND도 소스와 드래인은 n+인건가요?

    위에 사진에 잠깐보니 단순 poly-si 라고만 되어있어서 궁금해지네요

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2013.11.02 08:36 신고

      (정확히는 모르겠지만) P+ Poly만 있고 소스 드레인이 따로 있지는 않은걸로 보이네요.

  12. addr | edit/del | reply LEE 2013.11.12 11:53 신고

    NAND에서 이 기술이 적용될 수 있는 이유는 DRAM구조와 달리 커패시터가 없기 때문입니다.
    또한 수직으로 쌓는 기술이 되게 어렵다고 하더라구요 그렇기에 nand에만 적용이 가능하다고,,,,
    그리고 EUV기술 그리고 이 기술을 합치면 더 효율적이지 않을까도 생각합니다.

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2013.11.12 17:58 신고

      그렇지요.
      TR을 쌓아봤자 그보다 수십배 큰 Cap을 어찌 해결하지 못 하니까요.
      그래서 DRAM의 대안으로 차세대 메모리들이 연구되고 있는거고요.

      EUV는......
      되면 더할나위없이 좋을텐데 정말 너무 멀어보이네요.

  13. addr | edit/del | reply 길벗 2013.11.21 12:44 신고

    좋은 내용 감사 합니다. 3D NAND 개념 정리에 많은 도움 되었습니다. 공정 기술만 정리되면 기존 장비들을 활용가능할테니 결국 이 방향으로 발전 할것 같습니다.

  14. addr | edit/del | reply 2014.01.07 03:48

    비밀댓글입니다

  15. addr | edit/del | reply Favicon of http://wayofmylife.tistory.com BlogIcon 블랙매 2014.05.31 03:19 신고

    좋은 내용 감사드립니다.

  16. addr | edit/del | reply 토마순 2014.07.11 08:09 신고

    자료감사드립니다. 말씀하신것처럼 1Tb SSD (2017예정) 에서는 다이 사이즈를 키우기보다 TCL (3bit) 로 갈 가능성은 없는지 궁굼해요. 사실 MONOS에서도 2bit/cell이 힘들텐데 지금 3D에 된다는것도 잘 믿기힘든게 사실입니다. 다에 숫자와 셀크기만 알면 MLC 가 24stack에서 될지 안될지 계산이 얼추 가능할것도 같습니다..

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2014.07.11 19:02 신고

      이제까지 나온 V-NAND가 이미 MLC입니다.
      최근에 나온 32층도 마찬가지고요.
      TLC도 충분히 가능할 것으로 보입니다.

      사실 SLC, MLC, TLC가 제조 공정에서 차이가 발생하는게 아니라 소프트웨어적인 운영방식이 다른 것 뿐입니다.
      TLC에서 충분한 신뢰도를 확보하기위해서 QC가 강화될지도 모르지만요.

    • addr | edit/del 토순 2015.01.28 10:12 신고

      제조공정에 차이가 있는것으로 알고 있습니다. TLC로 integration 된 celldmf signle bit 으로 운영할순있겠지만 그 반대로는 힘들겠지요.

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2015.01.28 21:09 신고

      그렇다고 하더군요.
      ramp up 시기도 다르고, 수율도 따로 관리하고 그런다더라는......

  17. addr | edit/del | reply Semi 2014.09.11 04:22 신고

    Is Samsung selection gate asymmetry transistor?

  18. addr | edit/del | reply avril 2014.11.05 01:00 신고

    SLC, MLC, TLC는 메모리 셀의 전기적 특성이 받혀 줄 때 운영? 가능합니다. ECC등은 거들 뿐...
    특성이 쓸만한 ONO를 만들 수 있다면.. TLC 이상은 2D구조의 NAND보디 간섭이 적은 V-NAND 에서 빛을 발할것 같습니다. 오랫만에 3D를 구경하니 신세계네요~ 좋은 자료 덕분에 쉽게 경향을 배구고 갑니다. 감사합니다.

    Q. TSV도 높이에 있어 그 한계가 있을테고.. cell to cell 간섭이 마냥 상관없지는 않을것 같은데 아시는분 계시나요?
    혹시 공유할 수 있는 3D NAND 자료가 있으신 분은 연락주세요~ idbimil@gmail.com

  19. addr | edit/del | reply 2014.11.28 22:41

    비밀댓글입니다

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2014.11.29 00:46 신고

      자료출처는 다 본문에 있는 링크입니다.
      이미지에 대해서는 저한테 저작권이 없으니, 이용에 관해서는 원문 링크쪽에 알아보시면 될듯 합니다.

  20. addr | edit/del | reply gagoholic 2015.02.28 12:13 신고

    gate metal stack이 아무래도 ohmic stack보단 쉽죠 ㅎㅎ..

  21. addr | edit/del | reply 2015.07.29 23:40 신고

    잉텔/마이크론이 Xpoint 라는걸 내놓은 모양이던데 포스팅해주실 수 있나요?

    ReDRAM이랑 생긴게 똑같던데....하는말 들어보면 완전 독점하겠다는 의지도 보이고요

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2015.07.31 19:41 신고

      구체적인 정보는 안 나온 것 같더군요.
      기존에 알려진 차세대 메모리 제품과 매치되는건 없다는듯.
      과장되게 알려진 감이 있는데, 실제 발표 내용보면 그렇게 초월적인 물건은 아닌듯 합니다.
      좀 더 정보가 나오면 다룰 기회가 있을지도...

    • addr | edit/del 2015.08.05 15:34 신고

      찾아보니 거의 PRAM으로 결론 내는 분위기네요...
      근데 PRAM으로 나온다 해도 메리트가 있을지 모르겠습니다
      가격이 DRAM보다 딱히 싼것도 아닐테고 그렇다고 수명이나 신뢰도가 DRAM급인것도 아닐테고....
      서버 시장이야 말할것도 없고 HPC(제온파이?)정도에나 들어갈 수 있을텐데 아무리 생각해도 그렇게 효과가 있을것 같지는 않거든요 차라리 HBM박고 말지 😐

    • addr | edit/del Favicon of http://gamma0burst.tistory.com BlogIcon gamma0burst 2015.08.05 23:33 신고

      비휘발성이면서 DRAM같은 퍼포먼스를 내는건 불가능에 가깝습니다.
      저장장치인 이상 낸드플래시에서 개선되었다는 관점에서 봐야지, DRAM에 비해서 어떻다 얘기하는건 컨셉에 안 맞는 관점인듯 합니다.
      용도 자체도 DRAM 대체가 아니라 낸드플래시 대체고요.