[서울=뉴스핌] 김지나 기자 = 삼성전자가 세계 최초로 'GAA(Gate-All-Around)' 기술을 적용한 3나노(nm·나노미터) 파운드리 공정 기반 초도 양산을 시작하며 파운드리의 승기를 쥐고 있는 대만 TSMC에 승부수를 던졌다.

30일 최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 "삼성전자는 이번에 MBCFET(Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor) GAA 기술을 적용한 3나노 공정의 파운드리 서비스를 세계 최초로 제공하게 됐다"면서 "앞으로도 차별화된 기술을 적극적으로 개발하고, 공정 성숙도를 빠르게 높이는 시스템을 구축해 나가겠다"고 밝혔다.

3나노 파운드리 양산에 참여한 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 주역들이 손가락으로 3을 가리키며 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다. [사진=삼성전자]

나노란 머리카락 한 올의 10만분의 1을 말하는데, 현재 최첨단 공정은 4나노다. 3나노는 4나노 보다 반도체 회로의 선폭 굵기가 훨씬 미세해지고, 이 간격이 미세할수록 성능이 높아져 전력 소비가 줄어들게 된다.

삼성전자 3나노 양산이 의미가 있는 것은 3나노는 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술로, 파운드리 1위 업체인 대만 TSMC도 3나노 제품을 올해 말에나 양산할 계획을 밝혔기 때문이다. 특히 3나노 공정에 GAA 신기술을 적용한 것 역시 의미가 있다.

지금까지 첨단 반도체 공정에 사용하는 기술은 '핀펫(FinFET) 기술'이다. 반도체 트랜지스터 안에 전류가 흐를 때 전류가 흐르는 면적이 크면 클수록 성능이 좋아지고 효율 역시 좋아진다. 핀펫 기술을 활용할 경우 전류가 닿는 면적이 네모 모양으로 봤을 때 세 개 면이 된다. 반면 GAA 기술을 적용하게 되면 전류가 닿는 면이 3개에서 4개 면으로 늘게 된다.

이 경우 같은 전압을 써도 더 많은 전력이 흐르게 돼 효율이 좋아진다. 전력 효율이 좋아지면 배터리의 경우 같은 전력으로도 더 오래 쓸 수 있고, 게임을 했을 때도 핀펫 기술을 적용했을 때보다 끊김이 덜하고 성능도 좋아지게 된다.

반도체 공정에 GAA 기술을 적용한 것은 이번에 삼성전자가 처음이다. 삼성전자는 3나노에 GAA 1세대 공정을 적용하는데, 이 기술을 적용하면 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력을 45% 절감하고, 성능은 23% 향상시킬 수 있다.

삼성전자는 2021년 삼성파운드리 포럼에서 2023년에 3나노 GAA 2세대 공정을 적용하는 한편 2025년에는 GAA 기반 2나노 공정 양산 계획을 밝힌바 있다.

업계에선 TSMC 보다 먼저 삼성전자가 3나노 양산에 돌입한 것에 대해 TSMC 기술 추격의 신호탄으로 보고 했다. 대만의 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 1분기 파운드리 점유율은 매출 기준으로 TSMC가 54%, 삼성전자는 16%로 나타났다. TSMC와 삼성전자의 격차가 38%포인트 벌어져 있는 것이다.

삼성전자가 3나노 공정에 돌입했다고 해서 이 판세가 한 번에 뒤집힐 순 없지만, 3나노가 반도체 최첨단 기술이라는 점에서 고객사의 관심을 끌 수 있다. 문제는 수율이다.

이종환 상명대 시스템반도체공학과 교수는 "TSMC가 5나노급을 양산하고 있는 상황에 삼성이 3나노를 하게 되면 제품 성능이 좋아져 고객사들이 관심을 갖고 주문을 더 많이 할 수 있다"면서 "현실적으로 중요한 것은 수율인데, 삼성도 나름 수율에 자신이 있어 발표를 했을 테고, 초반 수율이 안정적으로 나오는 것이 중요할 것"이라고 말했다.

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