삼성전자, 내년 세계 최초 GAA 기반 3nm 양산
글로벌 파운드리 공정 패러다임 전환 시도
TSMC 2023년·인텔도 2024년 GAA 도입 계획
트랜지스터 구조 혁신으로 성능·효율 확보.

글로벌 파운드리 시장에서 한국과 대만, 미국의 패권 전쟁이 심화하는 가운데 ‘GAA(Gate All Around)’ 기술 확보가 새로운 경쟁 분야로 떠오르고 있다. 그동안 업계가 반도체 선폭을 줄이는 ‘나노 경쟁’에 주력해왔다면 이제는 반도체 소자의 구조 혁신 기술을 확보해 성능과 효율을 높이는 신개념 반도체 개발에 집중하는 모습이다.


3일 업계에 따르면 삼성전자 는 GAA 기술 기반 3㎚ 1세대 제품을 내년부터 양산할 계획이며, 2023년에는 3㎚ 2세대 공정에도 GAA 기술을 적용하기로 했다. GAA는 반도체 전류 조절 스위치 역할을 하는 트랜지스터의 성능 및 효율을 높인 새로운 구조 공정 기술을 의미한다.

트랜지스터의 크기를 줄이면서도 정밀하게 컨트롤하기 위해서는 내부 구조물들이 서로 닿는 면적이 넓을수록 유리하다. 이를 위해 초기 평면 구조에서 현재 널리 쓰이고 있는 3차원 핀펫(FinFET) 구조로 진화했으며, 이제는 가늘고 긴 와이어 형태의 채널을 활용한 GAA가 각광받고 있다.


GAA는 그 자체만으로도 반도체 업계 산업혁명으로 불릴 정도로 획기적인 기술이다. 여기서 삼성은 한발 더 나아가 종이처럼 얇고 긴 시트 모양의 ‘나노시트’를 적용해 효율을 높인 ‘MBCFET’ 독자 기술을 개발했다. 해당 기술을 적용하면 기존 7㎚ 핀펫 트랜지스터보다 성능은 35% 높이고 소비 전력은 50% 줄일 수 있다.


현재 반도체 선폭을 줄이는 나노 경쟁에서는 TSMC가 업계에서 가장 앞서 있단 평가다. 최근 TSMC는 애플, 인텔 등 고객사와 함께 3㎚ 제품 테스트를 시작했으며 내년 하반기 양산을 준비 중이다. 삼성도 내년 3㎚ 공정 도입을 목표로 하고 있으나 아직 테이프아웃(공정 개발 이후 제조사에 설계도를 넘기는 단계)에 머물고 있다. 인텔은 7㎚대로 한참 뒤처져 있다.

하지만 경쟁의 기준을 ‘GAA 도입’으로 바꾸면 얘기가 달라진다. 삼성이 당장 내년 3㎚ 공정부터 GAA를 가장 먼저 도입할 예정이며, 다음으로 2023년 TSMC가 2㎚ 공정부터 GAA를 도입할 계획이다. 인텔도 2024년 2㎚ 공정에 자체적인 GAA 기술 ‘리본펫(RibbonFET)’을 적용하겠다고 선언하며 GAA 경쟁에 뛰어들었다.


삼성 입장에선 일정상 ‘세계 최초 3㎚ 양산’의 타이틀은 TSMC에 뺏길 수 있지만 세계 최초 GAA 도입을 주도하며 파운드리 공정의 패러다임 전환을 꾀할 수 있다. GAA를 통해 글로벌 파운드리 공정 경쟁의 판을 바꾸겠다는 게 삼성전자의 전략이다.


황민성 삼성증권 연구원은 "삼성은 3㎚부터 적용되는 GAA 공정부터 TSMC 대비 공정 개발의 주도권을 회복할 것"이라면서 "오스틴 공장 가동 중단 등 악재 속에서도 올해 삼성 파운드리 매출이 20% 수준으로 성장하고 있으며 향후 차세대 GAA 공정 기반의 지속 성장이 기대된다"고 말했다.

김사보 기자.