포스텍·삼성전자, 155단 낸드 채널에 결정 방향을 새겼다

낸드플래시는 데이터를 저장하는 셀을 수백 층까지 쌓아 올려서 용량을 늘려. 층이 높아질수록 데이터를 실어 나르는 수직 통로, 그러니까 실리콘 채널도 함께 길어져.¹ 그런데 이 채널이 길어질수록 오히려 성능이 떨어지는 문제가 있었어. 포스텍과 삼성전자가 이 문제를 푸는 기술을 8월 7일 발표했어.¹

왜 채널이 길어지면 느려지나

실리콘 채널은 하나의 결정이 아니라 작은 결정들이 여러 개 모여서 이뤄져. 문제는 이 결정과 결정 사이의 경계야. 경계는 전류가 흐르는 걸 방해하는 걸림돌 역할을 해.¹ 채널이 길어질수록 이런 경계가 늘어나고, 전기 저항이 커지면서 데이터 처리 속도가 떨어져.¹

이 문제를 풀 후보 기술로 주목받아온 게 ‘금속 유도 측면 결정화(MILC)‘야. 니켈을 촉매로 써서 비교적 낮은 온도에서도 고품질 실리콘 결정을 만들 수 있어. 다만 결정이 어느 방향으로 자랄지는 제어하기 어려웠어.¹ MILC 과정에서 바늘 모양의 결정(‘위스커’)이 생기는데, 이게 제각각 다른 방향으로 자라다 서로 부딪히면 거기서 성장이 멈춰버려. 그 자리에 니켈까지 남게 되고.¹ 결정 방향이 무작위인 채로는, 길어진 채널 전체에 고르게 전류가 흐르는 통로를 만들기가 어려웠던 거야.

포스텍·삼성전자 연구팀이 손댄 지점

포스텍 황현상 신소재공학과·반도체공학과 교수와 신소재공학과 통합과정 권오혁 씨 연구팀이 삼성전자 반도체연구소·메모리사업부와 공동 연구로 이 채널 내부 실리콘 결정의 성장 방향을 제어하는 기술을 개발했다고 밝혔어.¹

연구팀이 주목한 지점은 결정이 자라기 시작하는 출발점이었어. 실리콘 기판 위 니켈 박막에 ‘마이크로웨이브 어닐링(MWA)‘을 적용해서, 결정 성장 방향을 미리 정해 주는 시드층을 만든 거야.¹ 전자레인지가 음식 속 물 분자에만 열을 골라 전달하듯, MWA도 니켈과 실리콘이 맞닿은 부분에만 에너지를 집중시켜. 그래서 기판 전체를 뜨겁게 달구지 않고도, 결정이 일정한 방향으로 정렬된 시드층을 낮은 온도에서 만들 수 있었어.¹

이 시드층을 채널 표면에 적용하자 결정은 정해진 방향을 따라 자랐고, 무작위로 퍼지던 위스커도 한 방향으로 길게 이어졌어. 연구팀은 이 방법을 실제 155단 3D 낸드 구조(채널 깊이 약 6.5㎛)에 적용해서, 채널 위부터 아래 끝까지 균일하게 정렬된 결정을 만드는 데 성공했어.¹

확인된 것과 연구팀이 기대하는 것

여기까지가 이번 연구에서 확인된 부분이야 — 155단 구조에서 결정 방향을 끝까지 균일하게 정렬했다는 것.¹ 그 이상, 그러니까 이 기술이 앞으로 더 높은 적층에서도 통할지는 아직 실험으로 확인된 사실이 아니라 연구팀의 기대다. 황현상 교수는 “적층 수가 늘어나는 차세대 3D 낸드에서도 채널 전체를 균일하게 결정화할 수 있는 실질적인 해법을 제시했다”고 말했어.¹

이번 연구는 삼성전자의 산학 공동 연구 지원을 받았고, 반도체 분야 학회인 ‘2026 IEEE 국제 VLSI 기술 및 회로 심포지엄’에서 발표됐어. 국제 학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’의 ‘Research Highlights’에도 선정됐어.¹

각주

1. 전자신문, 「포스텍·삼성전자, 3D 낸드(NAND) 반도체 한계 넘는 기술 개발」(2026-08-07) 기사 ↩︎ ↩︎² ↩︎³ ↩︎⁴ ↩︎⁵ ↩︎⁶ ↩︎⁷ ↩︎⁸ ↩︎⁹ ↩︎¹⁰ ↩︎¹¹ ↩︎¹² ↩︎¹³