2022년 상반기 3나노 공정에 GAA 도입 전망... 2나노 진입 계획도 '착착'
17나노 핀펫 신공정 공개... 이미지센서·모바일 디스플레이 등에 적용
[데일리임팩트 최문정 기자] 삼성전자가 7일 새벽(한국시간) ‘한 차원을 더하다(Adding One More Dimension)’를 주제로 ‘삼성 파운드리 포럼 2021’을 온라인으로 개최했다.
이번 포럼은 역대 파운드리 포럼 중 가장 많은 500개사의 2000명 이상의 팹리스(반도체 설계업체) 고객과 파트너가 사전등록하며 큰 관심을 모았다.
삼성전자는 이번 포럼에서 ‘GAA 기술 기반 3나노 및 2나노 공정 양산 계획’과 ‘17나노 신공정 개발’ 등을 소개하고, 공정기술·라인운영·파운드리 서비스를 한 차원 더 발전시켜, 빠르게 성장하는 파운드리 시장에서 경쟁력을 강화하겠다고 선언했다.
최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 기조연설에서 “대규모 투자를 통해 생산 역량을 확대하고, GAA 등 첨단 미세공정 뿐만 아니라 기존 공정에서도 차별화된 기술 혁신을 이어갈 것”이라며 “신종 코로나바이러스 감염증(코로나19)로 인해 급격한 디지털 전환이 이뤄지고 있는 가운데, 고객들의 다양한 아이디어가 칩으로 구현될 수 있도록 차별화된 가치를 제공해 나가겠다”고 밝혔다.
최첨단 반도체 공정 GAA 기술 양산 준비… 파운드리 미세공정 대비
삼성전자는 2022년 상반기 GAA 기술을 3나노 공정에 도입하고, 2023년에는 3나노 2세대, 2025년에는 GAA 기반 2나노 공정 양산 계획을 밝혔다. 이를 통해 차세대 트랜지스터 기술 선점 의지를 드러냈다.
GAA는 ‘게이트 올 어라운드 (Gate All Around)’의 머리글자다. 이는 반도체에서 전류를 조절하는 스위치 역할을 하는 트렌지스터를 다루는 기술이다.
트렌지스터는 핵심 부품 ‘게이트’와 ‘채널’로 구성된다. 게이트에 전압을 가하면 맞닿아 있는 채널은 전류를 흘려보내고, 반대의 경우는 전류를 차단한다.
삼성전자 관계자는 데일리임팩트에 “반도체의 성능은 게이트와 채널을 얼마나 효율적으로 컨트롤하느냐에 따라 판가름난다”며 “전류를 미세하게 조절하는 게이트와 채널이 맞닿아 있는 면적이 클수록, 전력 효율성은 높아진다”라고 설명했다.
이에 따라 도입된 기술이 ‘핀펫(FinFET)’ 구조이다. 이는 채널을 물고기 지느러미(Fin)처럼 배치했다는 것에서 착안해 이름이 붙었다. 즉, 게이트와 채널의 접촉 면적을 넓히기 위해 평면이 아니라, 3개의 면으로 배치하는 구조이다.
GAA는 핀펫 구조에서 한 발 더 나아간 것으로, 말 그대로 모든 면(All Aroud)에서 게이트와 채널이 접촉하도록 한 것이다. 이는 3나노 이하의 초미세 공정에서 더욱 효율적으로 사용될 전망이다.
특히, 삼성전자의 독자적인 GAA 기술인 MBCFET™(Multi Bridge Channel FET) 구조를 적용한 3나노 공정은 핀펫 기반 5나노 공정 대비 성능은 30% 향상되며 전력소모는 50%, 면적은 35% 감소될 것으로 예상된다.
삼성전자 관계자는 데일리임팩트에 “GAA 기술은 전력효율, 성능, 설계 유연성을 가지고 있어 미세 공정에 필수적인 기술”이라며 “회사뿐만 아니라 반도체 업계 전반의 관심을 받고 있다”고 귀띔했다..
그는 이어 “현재 3나노 공정의 경우 안정적인 생산 수율을 확보했고, 양산을 위한 준비가 이뤄지고 있다”고 말했다.
17나노 핀펫 신공정 개발…응용처 확대 계획도 소개
삼성전자는 비용 효율성과 응용 분야별 경쟁력을 높이기 위해 핀펫 기반 17나노 신공정을 발표했다. 17나노 핀펫 신공정은 이미지센서, 모바일 디스플레이 드라이버 IC 등의 제품에 적용할 수 있다. 17나노 공정은 28나노 공정 대비 성능은 39%, 전력효율은 49% 향상되며 면적은 43% 줄어든다.
삼성전자는 기존 14나노 공정을 3.3V 고전압, eMRAM(embedded Magnetic Random Access Memory, 내장형 MRAM) 지원 등 MCU(마이크로 컨트롤러 유닛, Micro Controller Unit)에 적용할 수 있는 다양한 옵션을 개발해 사물인터넷, 웨어러블 기기 등 핀펫 공정의 활용도를 높인다.
또한 8나노 RF(Radio Frequency) 플랫폼의 경우 5G 반도체 시장에서 6GHz 이하 밀리미터파 제품에서의 리더십을 확보한다는 계획이다.
한편, 삼성전자는 파운드리 고객과 파트너사의 생태계 강화를 위한 세이프 포럼(SAFE, Samsung Advanced Foundry Ecosystem)도 11월 온라인으로 개최할 예정이다.