[테크홀릭] 삼성전자는 세계 최초로 파운드리(반도체 위탁생산) 3나노미터(㎚, 10억분의 1ｍ) 공정 초도 양산을 시작했다고 30일 밝혔다.

반도체 회로 선폭인 3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술로 회로 선폭을 미세화할수록 반도체 소비전력이 감소하고 처리 속도가 향상되는데 삼성전자는 이번 3나노 공정에서 차세대 트랜지스터 구조인 'GAA'(Gate-All-Around) 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 유일하다.

최근 차세대 반도체의 크기는 점점 작아지고 고집적화되면서 초미세 공정 기술이 더욱 중요해지고 있는 가운데, 삼성전자는 이번에 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 기술인 GAA 기술을 처음 적용했다. 

GAA 기술은 반도체 소자로 전류 흐름을 조절하거나 증폭시키는 트랜지스터의 채널(Channel) 조정 능력을 극대화시킨 것으로 공정 미세화에 따른 트랜지스터의 성능 저하를 줄이고, 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높일 수 있어 기존 핀펫(FinFET) 기술에서 한 단계 진보된 차세대 반도체 핵심 기술로 손꼽힌다.

삼성전자는 또 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트(Nanosheet) 형태로 구현한 독자적 MBCFET GAA 구조도 적용했다. 나노시트의 폭을 조정하면서 채널의 크기도 다양하게 변경할 수 있으며, 기존 핀펫 구조나 일반적인 나노와이어(Nanowire) GAA 구조에 비해 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능·저전력 반도체 설계에 큰 장점이 있다.

삼성전자는 나노시트 GAA 구조 적용과 함께 3나노 설계 공정 기술 공동 최적화(DTCO, Design Technology Co-Optimization)를 통해 PPA(Power:소비전력, Performance:성능, Area:면적)를 극대화했다. 삼성전자 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력 45% 절감, 성능 23% 향상, 면적 16% 축소되었고, 이어 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소된다.

삼성전자는 앞으로 고객 요구에 최적화된 PPA, 극대화된 전성비(단위 전력당 성능)를 제공하며, 차세대 파운드리 서비스 시장을 주도해 나갈 계획이다.

삼성전자는 3나노 공정의 고성능 컴퓨팅(HPC, High-Performance Computing)용 시스템 반도체를 초도 생산한데 이어, 모바일 시스템온칩(SoC) 등으로 확대한다는 방침이다. 

한편, 삼성전자는 시높시스(Synopsys), 케이던스(Cadence) 등 SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 파트너들과 함께 3나노 공정 기반의 반도체 설계 인프라/서비스를 제공함으로써, 고객들이 빠른 시간에 제품 완성도를 높일 수 있도록 시스템을 강화해 나갈 계획이다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장 사장은 "삼성전자는 파운드리 업계 최초로 FinFET, EUV 등 신기술을 선제적으로 도입하며 빠르게 성장해 왔고, 이번에 GAA 기술을 적용한 3나노 공정의 파운드리 서비스를 세계 최초로 제공하게 됐다"며 "앞으로도 차별화된 기술을 적극적으로 개발하고, 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다"고 밝혔다.

삼성전자는 이번 3나노 반도체 양산에 이어 2025년 GAA 기반 2나노 공정을 시작할 예정이다.

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삼성전자 파운드리사업부 (왼쪽부터) 정원철 상무, 구자흠 부사장, 강상범 상무가 화성캠퍼스 3나노 양산라인에서 3나노 웨이퍼를 보여주고 있다.(사진=삼성전자)

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