세계 최초 GAA 3나노 양산…삼성, 초격차 기술 또 앞섰다

삼성전자 화성캠퍼스. 이곳 S3라인에서부터 세계 최초로 GAA 기술을 적용한 3나노미터 파운드리 공정 반도체의 양산이 이뤄진다. [사진 삼성전자]

삼성전자가 30일 게이트올어라운드(GAA·GATE-ALL-AROUND) 기술을 적용한 3나노미터(㎚·1나노=10억 분의 1m) 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 반도체 양산을 시작했다고 밝혔다. GAA기반 3나노 공정으로 반도체 제작에 나선 기업은 전 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 최초다. 삼성전자는 3나노 공정의 고성능 컴퓨팅(HPC)용 시스템 반도체를 최초로 생산한 데 이어 모바일 SoC(시스템온칩)으로 적용을 확대해 나갈 예정이다.

삼성전자가 3나노 공정 반도체 양산에 성공할 수 있었던 건 반도체 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널 4개 면을 게이트가 둘러싸는 형태인 차세대 GAA 기술을 세계 최초로 적용했기 때문이다. GAA구조는 게이트의 위·양옆의 3개 면을 감싸는 기존의 핀펫(FinFET) 구조와 비교해 위·양옆·아래의 4개 면을 감싼다. 이런 구조로 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높인다.

여기에 삼성전자는 독자적인 기술을 추가했다. 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트(Nanosheet)형태로 만드는 MBCFET GAA구조다. 좁고 긴 모양의 채널을 만드는 일반적인 GAA구조보다 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능·저전력 반도체 설계를 할 수 있다는 장점이 있다.

삼성전자 관계자는 “3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45% 절감하고, 성능은 23% 향상됐으며 면적은 16% 축소됐다”고 설명했다. 삼성에 따르면 2023년 양산 예정인 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소된다.

삼성전자 최시영 파운드리사업부장(사장)은 “삼성전자는 파운드리 업계에서 핀펫이나 EUV 등 신기술을 선제적으로 도입하며 빠르게 성장했고 이번에도 MBCFET GAA 기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스를 세계 최초로 제공하게 됐다”며 “앞으로도 차별화된 기술을 적극적으로 개발하고 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다”고 말했다.

삼성은 이날 3나노 반도체 양산을 발표하며 ‘초도 물량’이라는 표현을 썼다. 아직은 신기술을 적용해 많은 양의 반도체를 생산하는 단계는 아니라는 뜻이다. 파운드리 산업은 누군가 반도체 위탁 생산을 맡겨야 한다. 삼성 입장에서는 고객을 확보해야 신기술이 적용된 제품을 폭넓게 공급할 수 있다.

삼성전자는 업계 최초 GAA기술 도입으로 다수의 고객사를 확보할 수 있는 동력을 마련한 것으로 보고 있다. 삼성전자에 따르면 지난해 이 회사의 파운드리 고객사는 100곳 이상으로 2017년 시스템LSI 사업부에서 파운드리사업부가 분리될 당시 30곳이었던 것과 비교해 3배 이상 늘었다. 삼성은 기술 경쟁력과 투자를 바탕으로 2026년까지 300곳 이상의 고객사를 확보하는 것을 목표로 하고 있다. 이를 위해 올해 하반기 평택 캠퍼스 3라인 가동을 앞두고 있고, 미국에는 텍사스주 테일러시 공장을 건설 중이다.

이수정 기자 lee.sujeong1@joongang.co.kr