[포쓰저널=문기수 기자] 삼성전자가 세계 최초로 GAA(Gate-All-Around) 기술을 적용한 3나노(nm, 나노미터) 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 30일 밝혔다.

3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다. 파운드리 업계 경쟁자인 TSMC는 올해 하반기부터 3나노 공정 양산을 진행할 예정이다.

차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 유일하다.

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

삼성전자 파운드리사업부장 최시영 사장은 "삼성전자는 파운드리 업계 최초로 '하이-케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate)', 핀펫(FinFET), EUV 등 신기술을 선제적으로 도입하며 빠르게 성장해 왔고, 이번에 MBCFET GAA기술을 적용한 3나노 공정의 파운드리 서비스 또한 세계 최초로 제공하게 됐다"며 "앞으로도 차별화된 기술을 적극 개발하고, 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다"고 밝혔다.

High-K Metal Gate란 공정이 미세화 될수록 증가하는 누설전류를 효과적으로 줄일 수 있도록 절연 효과가 높은 High-K 물질을 게이트에 적용하는 기술이다.

MBCFET란 전류가 흐르는 통로가 여러 갈래인 트랜지스터를 말한다.

삼성전자는 이번에 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널(Channel) 4개면을 게이트(Gate)가 둘러 싸는 형태인 차세대 GAA 기술을 세계 최초로 적용했다.

채널의 3개면을 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교해, GAA 기술은 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술로 손꼽힌다고 삼성전자 측은 설명했다.

또한 삼성전자는 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트(Nanosheet) 형태로 구현한 독자적 MBCFET GAA 구조도 적용했다.

나노시트의 폭을 조정하면서 채널의 크기도 다양하게 변경할 수 있다.  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)를 통해 PPA(소비전력·성능·면적)를 극대화했다.

3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45% 절감되고 성능은 23% 향상된는 반면, 면적은 16% 축소된다고 삼성전자 측은 설명했다.

GAA 2세대 공정은 전력은 50% 절감되고 성능은 30% 향상되는 반해 면적은 35% 축소된다는 설명이다.

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

시높시스, 케이던스 등 SAFE(삼성어드밴스드파운드리에코시스템) 파트너들과 함께 3나노 공정 기반의 반도체 설계 인프라·서비스를 제공, 고객들이 빠른 시간에 제품 완성도를 높일 수 있도록 시스템을 강화해 나갈 계획이라고 밝혔다.