삼성전자, 세계 최초 3나노 파운드리 양산…TSMC보다 6개월 빨라

[스마트에프엔=신종모 기자] 삼성전자가 세계 최초로 GAA(Gate-All-Around) 기술을 적용한 3나노미터(㎚=10억분의 1ｍ) 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 양산에 돌입했다.

30일 삼성전자에 따르면 3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다. 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 유일하다.

삼성전자는 3나노 공정의 고성능 컴퓨팅(HPC)용 시스템 반도체를 초도 생산한 데 이어 모바일 시스템온칩(SoC) 등으로 확대해 나갈 예정이다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 “삼성전자는 파운드리 업계 최초로 ‘하이-케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate)’, ‘핀펫(FinFET)’, 극자외선(EUV) 등 신기술을 선제적으로 도입하며 빠르게 성장해 왔다”며 “이번에 트랜지스터(MBCFET) GAA 기술을 적용한 3나노 공정의 파운드리 서비스 또한 세계 최초로 제공하게 됐다”고 설명했다.

이어 “앞으로도 차별화된 기술을 적극 개발하고, 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다”고 덧붙였다.

삼성전자는 이번에 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널(Channel) 4개면을 게이트(Gate)가 둘러싸는 형태인 차세대 GAA 기술을 세계 최초로 적용했다.

채널의 3개면을 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교해 GAA 기술은 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술로 손꼽힌다.

또한 삼성전자는 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트(Nanosheet) 형태로 구현한 독자적 MBCFET GAA 구조도 적용했다.

나노시트의 폭을 조정하면서 채널의 크기도 다양하게 변경할 수 있다. 기존 핀펫 구조나 일반적인 나노와이어(Nanowire) GAA 구조에 비해 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능·저전력 반도체 설계에 큰 장점이 있다.

나노시트 GAA 구조 적용…PPA 극대화

삼성전자는 나노시트 GAA 구조 적용과 함께 3나노 설계 공정 기술 공동 최적화(DTCO)를 통해 전력구매계약(PPA)을 극대화했다.

삼성전자 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력 45% 절감, 성능 23% 향상, 면적 16% 축소됐다. 이어 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소된다.

삼성전자 측은 “앞으로 고객 요구에 최적화된 PPA, 극대화된 전성비(단위 전력당 성능)를 제공한다”며 “차세대 파운드리 서비스 시장을 주도해 나갈 계획”이라고 전했다.

업계 관계자는 “삼성전자가 GAA 기반 3나노 양산에 돌입함에 따라 파운드리 시장 1위 업체인 대만의 TSMC보다 6개월 빠르게 양산하게 됐다”며 “앞으로 삼성전자는 TSMC를 따돌리고 동시에 인텔의 추격을 뿌리칠 것으로 예상된다”고 말했다.

한편 삼성전자는 지난해 세이프(SAFE) 파트너와 3나노 설계 인프라·서비스를 제공했다.

삼성전자는 시놉시스(Synopsys), 케이던스(Cadence) 등 세이프 파트너들과 함께 3나노 공정 기반의 반도체 설계 인프라·서비스를 제공함으로 고객들이 빠른 시간에 제품 완성도를 높일 수 있도록 시스템을 강화해 나갈 계획이다.



신종모 기자 jmshin@smartfn.co.kr