[반도체 공정] RAM / NAND Flash / 시스템반도체

 

---

 

RAM, NAND Flash 그리고 시스템 반도체는 모두 현대 디지털 기기의 핵심 요소로, 컴퓨팅 및 정보 저장 분야에서 중요한 역할을 합니다. RAM은 프로그램 실행과 데이터 처리를 위한 일시적인 저장 공간을 제공하며, NAND Flash는 대용량 데이터를 영구적으로 저장하고 전송하는데 사용됩니다. 시스템 반도체는 다양한 기능을 통합하여 소형화와 전력 효율성을 증가시키는데 기여하며, 모바일 기기부터 IoT 장치까지 다양한 응용 분야에서 활용됩니다. 이들은 현대 디지털 기술의 발전과 혁신을 이끌어내는 핵심 기술로서 중요한 역할을 합니다. 반도체를 제일 먼저 구분하는 기준은 메모리 반도체(RAM, FLASH 등)와 시스템 반도체(비메모리 반도체)으로 나뉩니다. 이번 게시글에서는 대표적인 메모리 반도체 2개 RAM과 NAND FLASH, 그리고 시스템 반도체에 대해 간략하게 작성해보았습니다.

---

아래는 다양한 다른 반도체 공정 과정과 장비를 설명 드리고 있습니다. 참고해보세요.

1.웨이퍼 제조, 웨이퍼 제조 장비

https://blog.naver.com/circuit_design/223425178323

2. 박막 공정, 박막 공정 장비

https://blog.naver.com/circuit_design/223426343642

3. 패키징 공정, 패키징 장비

https://blog.naver.com/circuit_design/223427501197

4. 이온 주입 공정, 이온 주입 장비

https://blog.naver.com/circuit_design/223427514396

5. 플라즈마 공정, 플라즈마 장비

https://blog.naver.com/circuit_design/223427508829

6. 노광 공정, 노광 장비

https://blog.naver.com/circuit_design/223429139118

7. 세정 공정, 세정 장비

https://blog.naver.com/circuit_design/223429178551

8. 식각 공정, 식각 장비

https://blog.naver.com/circuit_design/223429189912

 

 

 

※1. 메모리 반도체 VS 시스템 반도체

 반도체를 나누는 가장 기본적인 기준은 기능 및 용도입니다. 다음은 이에 따른 구분입니다.

1. 메모리 반도체(Memory Semiconductor):

• 데이터 저장 및 검색을 위한 기억장치로 사용됩니다.
• 데이터를 일시적으로 저장하는 RAM, 읽기 전용의 ROM, 영구적인 데이터 저장에 사용되는 NAND Flash 등이 여기에 속합니다.

2. 논리 반도체(Logic Semiconductor) 또는 비메모리 반도체(Non-memory Semiconductor):

• 데이터 저장이나 검색을 목적으로 하지 않고, 다양한 논리 및 제어 기능을 수행합니다.
• 논리 회로, 프로세서, 제어 회로, 센서, 통신 장치 등이 이에 해당합니다.

이렇게 메모리 반도체와 비메모리 반도체는 각각 데이터 저장과 검색에 특화된 역할과 다양한 논리 및 제어 기능을 수행하는 역할로 구분됩니다.

 

 

 

※ 2. 소자 ( RAM / NAND Flash / 시스템반도체 )

▶1. RAM [ Random Access Memory ]
: 현재 작업 중인 데이터와 명령어를 일시적으로 저장하고 빠르게 접근할 수 있는 메모리 반도체

 

▶2. NAND Flash
: 대용량 데이터를 저장하는 데 많이 사용되는 NAND Flash는 비휘발성 메모리 반도체

 

 

 

▶3. 시스템 반도체
: 데이터 연산·제어 등 정보처리 역할을 수행하는 반도체

 

 

 

 

※3. 소자(RAM/NAND Flash/시스템반도체)의 주요 특징

▶1. RAM

: RAM의 속도는 반도체 공정과 밀접한 관련이 있다. RAM 칩은 고밀도 반도체 집 적 회로로 만들어지며, 그 과정에서 매우 정밀한 노광 공정, 층간 절연 공정, 불순물 제거 공정 등이 필요하다.

 

반도체 공정에서 RAM 칩의 성능은 공정의 질과 집적도에 크게 영향을 받는다. 공 정의 질이 좋을수록 칩의 속도와 안정성이 향상된다. 또한, 반도체 공정 기술의 발전 에 따라 RAM의 속도와 용량이 지속적으로 향상되고 있다.

 

예를 들어, 현재 대부분의 컴퓨터에서 사용되는 DDR4 RAM은 20나노미터 이하의 고밀도 반도체 공정으로 만들어진다. 반면에, 최신 기술인 DDR5 RAM은 10나노미터 이하의 고밀도 반도체 공정으로 만들어지고 있다. 이러한 집적도의 증가와 더불어 RAM의 용량도 지속적으로 증가하고 있다.

 

 

 

▶2. NAND Flash

: NAND Flash는 고밀도 반도체 집적 회로 기술을 사용하여 만들어진다. 이러한 과정에서 매우 정밀한 노광 공정, 층간 절연 공정, 불순물 제거 공정 등이 필 요하다.

 

NAND Flash의 주요 제조 과정 중 하나는 "셀 배열"이다. 셀 배열은 매우 작은 셀들이 여러 줄로 배열된 형태이다. 이 과정에서는 반도체 공정에서 층간 절연 공정 을 통해 각 셀들이 서로 분리되어 있도록 만들어진다.

 

또한, NAND Flash는 플래시 메모리 기술을 사용하여 데이터를 저장한다. 이 기술 은 데이터를 비트 단위로 저장하는 것이 아니라, 데이터를 블록 단위로 저장하고 읽 는다. 이 과정에서는 반도체 공정에서 매우 정밀한 마스크 제작 과정이 필요하다.

 

NAND Flash의 성능은 공정의 질과 집적도에 크게 영향을 받는다. 공정의 질이 좋을수록 NAND Flash의 속도와 안정성이 향상된다. 또한, 반도체 공정 기술의 발전 에 따라 NAND Flash의 용량과 속도가 지속적으로 향상되고 있다. 이러한 집적도의 증가와 더불어 NAND Flash의 가격은 점차 하락하고 있다.

 

 

 

▶3. 시스템 반도체

: 반도체 공정은 반도체 소자를 제조하기 위해 필요한 다양한 공정 단계 를 수행하는 기술이다. 반도체 소자는 매우 작은 크기로 제작되기 때문에, 고도의 정 밀도가 필요하다. 고도의 정밀도를 유지하기 위해서는 반도체 공정 기술의 각 단계 에서 매우 정교한 제어가 필요하다.

 

반도체 공정은 다양한 단계로 나누어 진행된다. 이러한 다단계 공정을 통해 반도체 소자를 제작할 때 각각의 공정 단계에서 필요한 작업을 순차적으로 수행할 수 있다.

 

반도체 공정은 매우 정교한 작업이 필요하므로 자동화 수준이 매우 높다. 반도체 공정에서는 로봇이나 자동화된 기계를 사용하여 공정을 수행하며, 이를 통해 고도의 정밀도를 유지할 수 있다.

 

기술 발전에 따른 변화: 반도체 공정은 지속적으로 기술 발전에 따라 변화하고 있 다. 이러한 변화는 반도체 소자의 크기 축소, 고도의 정밀도 요구 등으로 이어진다. 이에 따라 반도체 공정 기술도 끊임없이 발전해 나가고 있다.

 

 

※4. 소자(RAM/NAND Flash/시스템반도체)의 발전동향

▶1. RAM

: 현재 주요 RAM 제조업체들은 10nm, 8nm, 6nm 공정 기술을 사용하여 DDR4 및 DDR5 RAM을 생산하고 있다. 이전에는 20nm 이상의 공정 기술이 사용되었기 때문에 RAM 용량 및 속도에 제한이 있었다. 그러나 공정 기술의 진보로 인해 RAM 은 더 높은 용량과 속도를 제공하면서도 전력 소모를 줄일 수 있게 되었다.

 

또한, 3D NAND 기술과 같은 새로운 기술이 도입되면서 RAM 용량이 더욱 증가하 고 있다. 3D NAND 기술은 메모리 셀을 여러 층으로 쌓아 더 많은 데이터를 저장할 수 있게 되어 용량을 크게 증가시키는 기술이다.

 

 

 

▶2. NAND Flash

: 현재 NAND Flash 메모리는 176층까지 쌓인 3D NAND 기술이 사용되 고 있다. 3D NAND는 메모리 셀을 여러 층으로 쌓아 용량을 높이는 기술이다. 이전 에는 2D NAND 기술이 주로 사용되었지만, 3D NAND 기술을 적용하여 용량을 더욱 증가시킬 수 있게 되었다. 3D NAND 메모리의 용량은 현재 1Tb 이상이며, 향후 4Tb까지 발전할 것으로 예상된다.

 

TLC(Triple-Level Cell)에서부터 QLC(Quad-Level Cell)로 발전하면서 셀당 비트 수가 증가하여 NAND Flash의 용량이 더욱 증가하고 있다. TLC는 3비트, QLC는 4 비트를 저장할 수 있으며, 셀당 비트 수가 증가할수록 NAND Flash 메모리의 용량 이 증가한다.

 

NAND Flash 메모리는 SLC(Single-Level Cell), MLC(Multi-Level Cell), TLC, QLC 등 다양한 셀 기술이 있다. 이러한 기술적 발전으로 인해 NAND Flash 메모리 는 높은 용량과 높은 속도를 제공하면서도 낮은 가격으로 제공될 수 있게 되어 더욱 발전할 수 있게 되었다.

 

 

 

▶3. 시스템 반도체

: 과거에는 28nm 공정 기술이 주로 사용되었으나, 현재는 7nm, 5nm, 3nm 등의 공정 기술이 사용되고 있다. 공정 기술의 발전으로 인해 칩의 소형화와 전력 효율성이 높아지면서 성능도 높아지게 되었다.

 

시스템 반도체에서는 멀티코어(Multi-Core) 기술이 적용되어 하나의 칩에서 여러 개의 코어가 동시에 작업을 처리할 수 있게 되었다. 이로 인해 처리 속도가 대폭 향 상되었으며, 더욱 복잡한 작업을 처리할 수 있게 되었다.

 

AI(Artificial Intelligence) 및 딥러닝(Dep Learning) 분야에서는 AI 가속기(AI Accelerator) 기술이 개발되어 사용되고 있다. 이는 CPU나 GPU에서 처리하기 어려 운 복잡한 딥러닝 작업을 보다 빠르게 처리할 수 있는 기술이다.