"TSMC 게 섰거라" 삼성, 바이든 서명한 '3나노 반도체' 세계 최초 양산 시작

↑ 삼성전자가 게이트올어라운드(GAA) 기술을 적용한 3나노미터(nm) 크기의 반도체 양산에 돌입했다고 30일 밝혔다. [사진 출처 = 삼성전자]

삼성전자가 30일 세계 최초로 게이트올어라운드(GAA)를 적용한 3나노 반도체 1세대 양산을 시작했다.
3나노 공정은 반도체에 선폭이 3나노미터(nm·10억분의 1m)인 전기 회로를 새겨 성능을 끌어올리는 기법으로, 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다.
삼성전자는 3나노를 구현하기 위해 전 세계 파운드리(반도체 위탁생산) 업체 중 유일하게 차세대 트랜지스터 구조인 GAA를 적용했다.
트랜지스터는 반도체에서 전류의 흐름을 제어하는 장치인데 반도체의 크기가 4나노 이하로 줄어들면 누설 전류가 발생하는 등 트랜지스터의 전류를 제대로 제어하지 못한다.
GAA는 트랜지스터에서 스위치 역할을 하는 '게이트'가 전류가 흐르는 '채널'의 4개 면을 둘러싸는 형태로 만드는 기술이다. 게이트와 채널이 닿는 면적을 넓히면 게이트의 전류 제어 능력이 향상되는 점에서 착안했다.
5나노까지는 게이트와 채널의 위·왼쪽·오른쪽 3개 면을 감싸는 핀펫(FinFET) 공정이 주로 쓰였는데 4나노 이하에서는 효과가 떨어져 수율(양품 비율)을 높이기가 쉽지 않았다.
삼성전자는 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트 형태로 구현한 독자적 MBCFET GAA 구조도 적용했다. 나노시트의 폭을 조정하면 채널의 크기를 다양하게 바꿀 수 있고, 핀펫 구조에 비해 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능·저전력 반도체 설계에 용이하다.

↑ 지난 20일 윤석열 대통령과 조 바이든 미국 대통령이 경기도 평택시 삼성전자 반도체공장을 방문해 GAA 기반 3나노 반도체 시제품에 사인했다. [사진 출처 = 연합뉴스]

삼성에 따르면 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 소비 전력은 45% 절감되고, 성능은 23% 향상되는 한편 면적은 16% 축소된다. 내년에 양산 예정인 3나노 GAA 2세대 공정은 각 수치가 50%, 30%, 35%로 늘어난다.
파운드리 1위인 대만 TSMC도 올해 하반기부터 핀펫 기반의 3나노 반도체 양산에 돌입할 것으로 알려졌는데 삼성이 첫발을 먼저 떼면서 TSMC 추격의 발판을 마련했다고 업계는 보고 있다.
삼성은 시높시스·케이던스 등 파트너사에 3나노 공정 기반의 반도체 설계 인프라와 서비스를 제공해 반도체 설계·검증 시간을 단축하는 등 생산에 속도를 낼 계획이다.
최시영 삼성전자 파운드리사업부장 사장은 "삼성전자는 파운드리 업계 최초로 '하이-케이 메탈 게이트', 핀펫, EUV 등 신기술을