삼성전자, 세계 첫 '3나노 반도체' 양산..TSMC '맹추격'

자축하는 직원들 : 30일 삼성전자가 세계 최초로 3나노미터(㎚·10억 분의 1m) 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 양산에 돌입했다고 발표한 가운데, 삼성 평택캠퍼스에서 직원들이 3나노 파운드리 양산을 축하하고 있다. 삼성전자 제공

머리카락 굵기 10만분의 3 불과

제품으로 공급하는 건 세계 최초

독자 기술 ‘GAA’ 개발해 적용

고성능·저전력반도체 설계 유리

초미세공정 기술력 글로벌 선두

글로벌 반도체 기업들의 초미세 공정 경쟁이 격화하고 있는 가운데 삼성전자가 3나노미터(㎚·10억 분의 1m) 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 양산에 돌입했다. 3나노 공정이 적용된 반도체를 만들어 제품으로 공급하는 건 삼성이 처음이다. 삼성이 업계 선두인 대만의 TSMC를 따라잡을 수 있는 중요한 전기를 마련했다는 평가가 나온다.

삼성전자는 세계 최초로 ‘GAA(Gate-All-Around)’ 기술을 적용한 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 30일 밝혔다.

3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다. 지난달 조 바이든 미국 대통령이 삼성전자 평택공장을 찾았을 때 GAA 기반 3나노 시제품에 서명하면서 다시 한 번 전 세계적인 관심을 받은 바 있다.

반도체에서 ‘나노’는 회로의 선폭을 의미한다. 3나노 공정은 반도체 회로 선폭이 머리카락 굵기의 10만 분의 3 수준에 불과하다. 선폭이 좁을수록 고효율·고성능 반도체를 만들 수 있고 한 웨이퍼에서 더 많은 칩을 제조할 수 있는 만큼 생산성 역시 올라간다. 실제 3나노 GAA 1세대 공정으로 생산된 반도체는 기존 5나노 핀펫(FinFET)공정 대비 전력을 45%가량 절감할 수 있다. 성능은 23% 향상됐고 면적은 16% 축소됐다.

삼성전자는 3나노 공정 구현을 위해 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 ‘채널(Channel)’ 4개 면을 ‘게이트(Gate)’가 둘러싸는 형태인 GAA 기술을 세계 최초로 적용했다. GAA는 기존 핀펫 기술보다 칩 면적을 줄이고 소비전력은 감소시키면서 성능은 높인 신기술이다.

삼성은 3나노 공정에 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트(Nanosheet) 형태로 구현한 독자적 ‘MBCFET GAA’ 구조도 적용했다. 기존 구조보다 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능·저전력 반도체를 설계하는 데 유리하다고 삼성은 설명했다. 삼성전자가 3나노 양산에 본격 돌입하면서 TSMC보다 초미세공정 기술력에서 한발 앞서게 됐다는 평가가 나온다. TSMC는 올해 하반기부터 핀펫 기반의 3나노 반도체 양산에 돌입할 것으로 전해졌다.

업계 관계자는 “양산을 계기로 삼성이 첨단 기술 서비스를 이용하고 싶어 하는 미국·유럽 대형 고객사를 확보하는 데 한층 유리해졌다”고 말했다. 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 TSMC의 올해 1분기 파운드리 시장 점유율은 53.6%, 삼성전자는 16.3%다. 삼성전자 관계자는 “파트너들과 3나노 공정 기반의 반도체 설계 인프라·서비스를 제공하겠다”며 “이를 통해 고객들이 이른 시간에 제품 완성도를 높일 수 있도록 시스템을 강화할 계획”이라고 말했다.

장병철 기자 jjangbeng@munhwa.com

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