삼성전자, '세계 최초' 3나노 파운드리 양산 시작

삼성전자 파운드리사업부의 정원철(왼쪽부터) 상무, 구자흠 부사장, 강상범 상무가 화성캠퍼스 3나노 양산라인에서 3나노 웨이퍼를 들어보이고 있다. <삼성전자 제공>

삼성전자가 세계 최초로 GAA(게이트올어라운드) 기술을 적용한 3나노(㎚) 파운드리(반도체 위탁생산) 공정 기반의 초도 양산을 시작했다. 3나노 공정은 현재 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술로, 특히 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계에서 삼성전자가 유일하다.

삼성전자는 30일 3나노 공정의 고성능 컴퓨팅(HPC)용 시스템 반도체를 초도 생산한 데 이어 모바일 SoC(시스템온칩) 등으로 확대해 나갈 예정이라고 밝혔다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 "삼성전자는 파운드리 업계 최초로 '하이-케이 메탈 게이트', 핀펫, 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 전했다.

삼성전자는 이번에 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널 4개면을 게이트가 둘러 싸는 형태인 차세대 GAA 기술을 세계 최초로 적용했다. 채널 3개면만을 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교해 GAA는 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술로 손꼽힌다.

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

또 3나노 설계 공정기술에 맞는 공동 최적화(DTCO)로 PPA(전력·성능·면적) 기능을 극대화한 것도 특징이다. 이번 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력이 45% 절감됐으며, 성능은 23% 향상되고 면적은 16% 축소됐다. 내년 본격화될 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35% 축소될 것으로 기대된다.

삼성전자는 "앞으로 고객 요구에 최적화된 PPA 및 극대화된 전성비(단위 전력당 성능)를 제공하며, 차세대 파운드리 서비스 시장을 주도해 나갈 계획"이라고 전했다.

특히 삼성전자는 반도체 칩의 설계와 검증을 위해 시높시스, 케이던스 등 파트너사들과 함께 3나노 공정 기반의 반도체 설계 인프라·서비스를 제공함으로써, 고객들이 빠른 시간에 제품 완성도를 높일 수 있도록 시스템을 강화해 나갈 계획이다.

상카 크리슈나무티 시높시스 실리콘 리얼라이제이션그룹 총괄 매니저는 "삼성전자와의 GAA기반 3나노 협력은 향후 자사의 디지털 디자인, 아날로그 디자인, IP 제품으로 계속 확장돼 주요 고성능 컴퓨팅 어플리케이션을 위한 차별화된 SoC를 제공할 것이다"고 말했다.

톰 베클리 케이던스 Custom IC&PCB 그룹 부사장 겸 총괄 매니저도 "더 많은 테이프아웃(설계 완료) 성공을 위해 삼성전자와 협력을 계속해 나가겠다"고 말했다.전혜인기자 hye@dt.co.kr