삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산) 사업부가 내년 상반기 GAA(게이트올어라운드) 기반의 3nm(나노미터) 공정 양산에 들어간다. 선단공정에서 경쟁하고 있는 대만 TSMC가 3nm까지는 기존 핀펫 기술을 활용하기로 결정한 것과 달리, 삼성전자는 선제적으로 GAA를 도입하는 것이다.

삼성전자는 기존 28nm 공정 효율성을 크게 높일 수 있는 17nm 신공정도 개발해 제공하기로 했다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 6일(미국 현지시간) 온라인으로 개최된 ‘삼성 파운드리 포럼 2021’ 행사 기조연설에서 이 같이 밝혔다. GAA 기술을 적용한 3nm 1세대는 내년 상반기, 2세대는 2023년 양산한다. 2nm GAA 공정은 2025년 양산을 목표로 잡았다. 

GAA는 반도체에서 전류의 흐름을 제어하는 게이트가 채널의 4개면(상⋅하⋅좌⋅우) 모두를 감싼 형태를 뜻한다. 게이트가 모든면에 존재한다는 점에서 게이트올어라운드(Gate All Around)라고 부른다. 기존에는 게이트가 채널의 좌우와 윗면을 감싸는 핀펫 기술을 적용해왔다. 

게이트가 채널을 감싸는 면적이 넓어질수록 효율적으로 전류의 흐름을 컨트롤할 수 있다. 반도체 소자 차원에서 보면 전력 소비량을 줄이고, 물리적인 크기를 줄이는데 유리하다. 

TSMC는 3nm까지는 핀펫 기술을 적용한 뒤 2nm부터 GAA를 적용키로 한데 비해 삼성전자는 3nm부터 바로 GAA를 도입하기로 했다. 3nm 양산에 들어가는 시점은 TSMC(내년 2월)와 삼성전자(내년 상반기)가 큰 차이가 나지 않으나 삼성전자가 먼저 GAA를 도입한다는 점에서 내년 이후 파운드리 산업 구도에 미칠 영향이 주목된다. 

신공정을 먼저 도입하면 위험 부담을 먼저 떠안는 만큼, 성공했을때 경험치도 더 많이 쌓을 수 있다. 최 사장은 포럼 연설을 통해 "3nm 공정의 경우 안정적인 생산 수율을 확보하며 양산을 위한 준비가 이루어지고 있다"고 설명했다. 

한편 삼성전자는 17nm 핀펫 신공정 도입 계획도 발표했다. 17nm는 기존 28nm 공정 대비 성능은 39%, 전력효율은 49% 향상된 기술이다. 그러면서도 제품 면적은 43% 감소됐다. 이미지센서 및 디스플레이용 반도체를 생산하는 28nm 공정은 종전까지 평면(2차원) 게이트 구조를 사용해왔다. 17nm로 업그레이드하면 핀펫 기술이 도입되며 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다. 

삼성은 또 이날 포럼에서 기존 14nm 공정을 3.3V 고전압과 eMRAM 지원 등 다양한 옵션을 개발해 IoT(사물인터넷), 웨어러블 기기 등으로 핀펫 공정의 응용처를 다변화하겠다고 설명했다. 8nm RF(Radio Frequency) 플랫폼은 5G 반도체 시장에서 6GHz 이하 mmWave(밀리미터웨이브) 제품에서의 리더십을 확보한다는 계획이다.

지난 2016년 처음 열린 파운드리 포럼은 삼성전자가 매년 주요 국가를 돌며 고객사를 상대로 파운드리 사업의 로드맵과 신기술을 소개하는 행사다. 2019년엔 미국⋅중국⋅한국⋅일본⋅독일 등 5개국에서 개최됐으나 작년에는 신종 코로나바이러스감염증 확산 탓에 포럼이 취소됐다. 올해 2년 만에 온라인 행사로 열렸다.

최 사장은 '또 한 차원을 더하다'(Adding One More Dimension)를 주제로 한 이날 기조연설에서 "대규모 투자를 통해 생산 역량을 확대하고, GAA 등 첨단 미세공정은 물론 기존 공정에서도 차별화된 기술 혁신을 이어갈 것"이라며 "코로나19로 인해 급격한 디지털 전환이 이뤄지는 가운데 고객들의 다양한 아이디어가 칩으로 구현될 수 있도록 차별화된 가치를 제공해 나갈 것"이라고 강조했다.