극저온식각+3D NAND+eSSD, 세상 제일 쉽게 설명 드림(+수혜주 포함).
1. NAND ? : 비휘발성 메모리
낸드(NAND)가 일단 무엇인지 알고 가죠. NAND는 비휘발성 메모리로 전원이 안들어와도 데이터를 저장할 수 있어요. 대표적으로, HDD, SSD, USB 등이 있죠. 반면, 디램(DRAM)은 휘발성 메모리로 전원이 들어왔을 때만 작동하는 메모리에요. 스마트폰, PC의 스펙을 보면 8GB, 16GB가 적혀 있을 텐데, 이것이 DRAM입니다. 예를 들면, 영화, 유튜브, 인터넷 서핑 등을 실시간으로 하고 있다고 해보죠. 각 앱 당 소모하는 용량이 있을 텐데, 만약 DRAM이 8GB라면, 8기가 이내에서는 앱 작동이 가능해요.
정리
NAND vs. DRAM : 비휘발성(NAND) vs. 휘발성(DRAM)
2. 3D NAND(V-NAND) : NAND on NAND
3D NAND는 NAND를 3D(적층구조)로 쌓아올린 것 의미해요. 아파트를 생각하면 이해하기 쉬워요. 사람(메모리)을 좁은면적에서 최대한 수용하려면, 단독주택보다는 아파트(3D NAND) 처럼 쌓아올리는 것이 효율적이겠죠. 삼성전자가 2013년 최초로 3D NAND를 개발했어요. 참고로, V-NAND라는 용어도 있는데요. V는 'Vertical(수직의)'의 약자입니다. 즉, 수직으로 쌓아올렸다라는 뜻이죠. 3D NAND = V-NAND 모두 같은 의미에요.
정리
3D NAND(V-NAND) : NAND 수직적층 > 장점(고집적도, 전력효율, 저비용)
3. 더블스택(Double-Stack) : 3D NAND + 3D NAND
더블스택(Double-Stacking)이란 이름 그대로 2개로(Double) 나누어서 쌓은 것(Stack)이에요. 예를 들면, 실제 236단 3D NAND는 한 번에 236단까지 쌓아올리지 않았어요. 118단(236 / 2)짜리 두 개를 스태킹(Stacking)한 것이죠. 118x2를 하면 236단이 되겠죠. 더블 스택을 하는 이유는 더 높이 안전하게 쌓아올릴 수 있기 때문이에요. 한 번에 쌓기에는 웨이퍼 한 장에서 나오는 NAND의 개수도 적고 공정 난이도가 급격히 증가해요. 그래서, 더블스택으로 3D NAND를 쌓아올리는 것이죠.
참고로, 세대별로 적층수를 나누고 있어요. 예를 들면, 7세대 176층, 8세대 236층, 9세대(430층, 예상)가 있습니다.
정리
더블스택(Double-Stacking) : 3D NAND + 3D NAND > ex - 236단(118+118단)
세대별 적층수 : 7세대(176층), 8세대(236층), 9세대(430층, 예상)
4. 극저온식각 :
1) 식각 :
3D NAND를 쌓아올리기 위해서는 생산장비들이 들어가겠죠. 여기서, 극저온식각장비가 주목을 받고 있어요. 극저온식각장비는 이름 그대로 '극저온'에서 식각을 하는 것입니다. 반도체는 보통 뜨거운 상태에서 공정이 진행되기 때문에 생산수율, 식각정확성, 속도 등이 떨어지고 전력비용, 탄소배출은 올라가죠.
3D NAND를 쌓아올리는 생산공정은 간단합니다. 3D NAND끼리 연결을 시키기 위해서는 작은 홀(Micro-Hole)을 뚫어야해요. 채널(Channel)이라고도 부르죠. 뚫는 다는 것은 '식각(에칭, Etching)'한다는 뜻이기도 하겠죠. 이때, 기존 식각장비들은 고온에서 진행을 했기 때문에 '불화탄소(CF)' 계열을 사용했어요. 불화탄소(CF)를 쓴 이유는 고온에서 반응성이 적당하여 제어하는데 그나마 편리했기 때문이에요. 다만, 이름에서도 알 수 있듯, 'C(탄소)'를 포함하고 있기 때문에 환경유해성이 심했습니다.
극저온식각장비를 쓰면, 얘기는 달라져요. 극저온에서는 불화탄소는 반응성이 매우 낮아지기 때문에 사용할 수 없어요. 이에 대한 대체가스로 '불화수소(HF)'가 쓰이죠. 즉, 'C(탄소)'가 나가고 'H(수소)'가 들어온 것이죠. 극저온식각장비+불화수소를 쓰면, 장점이 매우 커집니다. 구체적인 수치로 제시하면, 식각률+25%, 속도+250%, 전력비용-43%, 탄소감소-84% 개선되죠.
정리
3D NAND 생산공정 : 식각-증착 반복
식각장비 : 극저온식각장비(식각률+25%, 속도+250%, 전력비용-43%, 탄소감소-84%) vs. 일반식각장비
소재 : 불화수소(HF, 고선택비, 고종횡비, 식각률, 친환경) in 극저온 vs. 불화탄소(
수혜주 : 극저온식각장비(TEL, 램리서치=연구 중), 불화수소(원익머트리얼즈, 티이엠씨), 식각액(for 일반 3D NAND - 이엔에프테크놀로지, 솔브레인), 포커스링(하나머티리얼즈, 티씨케이, 원익QnC, 케이엔제이, 비씨엔씨 등), 칠러(유니셈, 에프에스티)
2) 증착 : High-k, Low-k
채널(=작은 홀)을 수직으로 뚫었으면, 빈 공간을 매꾸어야겠죠. '증착'이 필요해요. 증착은 절연물질을 씌워주는 것이에요. 그 이유는 절연체가 없으면, 모든 곳에 전류가 흐를 것이고 이 전류는 주변 자기장을 형성하여 전파간섭으로 오작동을 일으키기 때문이죠.
절연체는 다시 유전강도에 따라 High-k, Low-k로 나눌 수 있어요. High-k는 고유전물질로 이름 그대로 많은 전하량을 끌어모으죠. 즉, '절연막+고유전률'의 특징을 갖고 있어요. 채널을 뚫은 곳에 High-k를 증착하죠. 채널은 3D NAND에서 NAND끼리 전류를 흘려보내면서 소통할 수 있게 만든 '길'이죠. 전류도 흘려보내고 절연막 역할도 해야하기 때문에 High-k 유전물질을 사용하는 것이에요. High-k 유전물질로 하프늄(Hf), 지르코늄(Zr)이 있어요.
Low-k는 낮은 유전율을 갖고 있죠. 즉, 전류를 보내는 목적보다는 '절연(전파차폐)' 목표가 더 큰 물질입니다. 그렇다면, 전류를 흘려보내야하는 채널에는 증착하면 안되겠죠. 이미, High-k도 증착되있으니깐요. Low-k는 NAND를 적층할 때 맞닿는 '윗 면적'에 증착합니다. 전류는 가운데 채널로만 흐르면 되죠. 극저온식각장비로 고생해서 채널을 뚫었으니까요. 채널을 제외하고 나머지는 절연을 해주어야 전파간섭이 안생기겠죠. 이렇게 나머지 절연부분을 하는 곳에는 'Low-k' 유전물질이 쓰입니다. 산화막(SiO2), 질화막(SiN) 등이 있어요. 산화막은 'only 절연역할'만 하고요. 질화막은 '전하를 가두는 역할(데이터저장)'을 해요.
정리
3D NAND 생산공정 : 식각-증착 반복
증착장비 : High-k, Low-k 증착
증착물질 : High-k(하프늄, 지르코늄) on 채널, Low-k(산화막, 질화막) on 절연면적
수혜주 : 증착장비(테스, 유진테크, 원익IPS, 주성엔지니어), 증착소재(솔브레인, 레이크머티리얼즈, 디엔에프, 제이아이테크, 덕산테코피아),
5. eSSD :
SSD(Solid State Driver)는 'Controller(컨트롤러) + NAND'를 합친 것을 의미해요. NAND 그 자체는 메모리를 저장하는 기능밖에 없죠. 필요할 때 읽기/쓰기를 해야하는데, 이를 컨트롤 할 수 있는 '머리'가 필요하겠죠. 그래서, 머리(Controller) + NAND(메모리)를 합치고 읽기/쓰기를 전자식으로 빠르게 하는 것이 'SSD'입니다. eSSD의 'e'는 'enterprise'의 약자로 이름 그대로 '기업향(e) SSD'라는 뜻이죠. 기업들은 메모리용량이 많이 필요하겠죠. 그래서, SSD안에 NAND를 대폭 늘린 것이 eSSD 입니다. SLC, MLC, TLC, QLC 등이 있는데, 글이 길어졌음으로 이에 관한 것은 다음에 올리도록 할게요.
