3나노 치고 나간 TSMC… 삼성 ‘GAA 수율 개선’으로 승부

TSMC, 4분기 3나노 매출비중 2배
내년 2나노 본격 양산 "선두 수성"
삼성전자, GAA 입증할 기회 노려
대형 고객사 확보가 파운드리 과제

3나노 치고 나간 TSMC… 삼성 ‘GAA 수율 개선

세계 최대 파운드리(반도체 위탁생산)인 대만 TSMC의 3나노미터(1nm=10억분의1m) 매출 비중이 두 자릿수까지 늘어나며 초미세공정 주도권을 놓고 경쟁을 벌이는 삼성전자의 고심이 깊어지고 있다. 삼성전자는 업계에서 가장 먼저 도입한 차세대 트랜지스터 기술 '게이트올어라운드(GAA)'를 입증하는 게 급선무다. 올해 삼성전자 파운드리의 최대 과제는 GAA를 적용한 3나노 이하 초미세공정의 수율(양품 비율) 개선에 기반한 대형 고객사 확보가 될 전망이다.

■ 3나노 매출 급증한 TSMC

21일 관련 업계에 따르면 TSMC는 3나노 이하 초미세공정 양산 수율 개선 및 내년 2나노 양산에 속도를 내고 있다.

TSMC가 발표한 최근 실적 추이를 보면 최선단공정인 3나노 성장세가 뚜렷하다. 지난해 4·4분기 TSMC 전체 매출에서 3나노가 차지하는 비중은 15%를 기록했다. TSMC가 3나노 매출 비중을 첫 공개한 지난해 3·4분기(6%)와 비교해 두 배 이상 늘어난 수치다. 첨단공정으로 분류되는 7나노 이하 공정 매출 비중은 지난해 4·4분기 67%에 달한다. 지난해 1·4분기(51%), 2·4분기(53%), 3·4분기(59%) 등 매 분기 증가세다.

TSMC는 기존 로드맵대로 내년 2나노 양산 준비도 서두르고 있다. 대만 매체에 따르면 TSMC는 이르면 오는 4월부터 대만 북부 신주과학단지 바오산 소재 공장에 2나노 공정 양산을 위한 장비 반입·설치를 시작한다. 초미세공정 경쟁사인 삼성전자와 인텔의 맹추격에도 시장 주도권을 내주지 않겠다는 의지다. 파운드리 업계 2위 삼성전자는 TSMC와 같이 내년 중 2나노 양산을 앞두고 있다. 파운드리 재진출을 선언한 인텔은 올해 말 2나노급인 20옹스트롬(A) 양산을 시작한다는 계획을 발표했다. 7나노 이하 첨단공정 양산 경험이 부족한 인텔은 3나노 이하 공정 양산 계획에 대한 업계의 의구심에도 TSMC, 삼성전자보다 먼저 2나노 양산에 필수적인 '하이 뉴메리컬어퍼처(NA) 극자외선(EUV)' 노광장비를 확보했다.

■ 삼성, 3나노 이하 수율 난제

파운드리 업계에서 가장 기술력이 앞선 TSMC에게도 2나노 공정은 난관이다. TSMC는 3나노까지 기존 핀펫 방식을 그대로 쓴다. 3나노부터 GAA를 도입한 삼성전자와 달리 TSMC는 2나노부터 적용한다. GAA는 전류가 흐르는 채널 4개면을 감싸 데이터 처리속도와 전력효율을 높인 기술이다. 삼성전자가 TSMC보다 우위인 건 GAA의 빠른 도입이다. 공정이 초미세화되면서 3면을 감싼 핀펫으로는 동작 전압을 낮추기 어렵다는 판단이었다.

삼성전자는 3나노 1세대부터 신기술 노하우를 쌓으며 올해 상반기 3나노 2세대, 내년 2나노 등 차세대 공정 양산 시 시행착오를 빠르게 줄일 수 있게 됐다.

다만, GAA를 조기 도입한 삼성전자의 전략이 오히려 대형 고객사 확보에 걸림돌로 작용하고 있다는 목소리도 나온다. 삼성전자의 GAA 기술과 수율에 대한 신뢰도가 높지 않은 주요 고객사들이 삼성전자와 더불어 유일하게 3나노 양산 체제를 구축한 TSMC로 몰리고 있다는 분석이다. 현재 삼성전자는 대형 고객사들과 접촉하며 3나노 공정의 대규모 물량 수주를 위해 노력하는 것으로 알려졌다.

업계 관계자는 "삼성전자가 3나노 수율을 빠르게 안정화시키고 있지만, 기술력은 여전히 TSMC가 앞선 것으로 평가된다"면서도 "인공지능(AI) 시대를 맞아 3나노 공정 수요가 급증하고 있는 만큼 삼성전자의 기술력을 입증할 기회가 될 것"이라고 말했다.

mkchang@fnnews.com 장민권 기자