155단 3D 낸드 채널 결정 한 방향으로 정렬

포항공대 황현상 신소재공학과·반도체공학과 교수와 권오혁 신소재공학과 통합과정생 연구팀이 삼성전자 반도체연구소·메모리사업부와 공동으로 3D 낸드의 실리콘 채널 내부 결정 방향을 제어하는 기술을 개발했다. 수직으로 길어진 데이터 이동 통로의 저항을 줄여 고단 적층 과정에서 발생하는 성능 저하를 완화하는 기술이다.

연구팀은 결정 성장이 시작되는 지점에 방향을 정해주는 시드층을 형성했다. 실리콘 기판 위에 놓인 니켈 박막에 마이크로웨이브 어닐링을 적용해 니켈과 실리콘의 접촉 부위에 에너지를 집중시키고, 결정이 일정한 방향으로 자라도록 유도했다. 이 시드층을 채널 표면에 적용한 결과 결정은 무작위로 퍼지지 않고 한쪽 방향으로 길게 이어졌으며, 실제 155단 구조에서도 채널 상단부터 하단 끝까지 균일한 정렬을 구현했다.

낸드는 전원이 꺼진 뒤에도 데이터를 보존하는 저장용 반도체로 스마트폰과 USB 메모리, 데이터센터 저장장치 등에 사용된다. 3D 낸드는 저장 셀을 수직으로 쌓아 용량을 늘리지만, 적층 수가 증가하면 데이터가 지나는 실리콘 채널도 길어진다. 작은 결정 사이의 경계가 전류 흐름을 방해해 채널 저항을 키우고 처리 속도를 떨어뜨릴 수 있다. 니켈 촉매를 쓰는 금속 유도 측면 결정화는 낮은 온도에서 고품질 결정을 만들 수 있지만, 성장 방향을 통제하기 어렵고 결정끼리 충돌하거나 니켈이 채널에 남는 한계가 있었다.

이번 기술은 적층 수가 늘어나는 차세대 3D 낸드에서도 채널 전체를 균일하게 결정화할 수 있는 방안을 제시했다. 고단수 구조의 데이터 이동 효율을 높여 더 많은 정보를 빠르고 안정적으로 처리하는 메모리 개발에 활용될 수 있다. 삼성전자의 산학 공동 연구 지원으로 수행된 연구 결과는 2026 IEEE 국제 VLSI 기술 및 회로 심포지엄에서 발표됐고, 국제 학술지 네이처 일렉트로닉스의 ‘Research Highlights’에 선정됐다.