[삼성 세계 최초 ​3나노 양산] "GAA, 차세대 파운드리 게임 체인저"…관건은 수율 조기 안정

5나노 핀펫 대비 성능 23% 향상, 소비전력·면적 45%·16% 감소

매출 年 85% 폭발적인 성장세 예상…시장 선진입 유의미

삼성전자가 세계 최초로 양산에 성공한 3나노 공정에 적용된 GAA(Gate-All-Around) 기술을 두고 업계에서는 ‘초격차’에 획을 그은 기술이라는 평가가 나온다.

30일 삼성전자에 따르면 현재 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리(반도체 위탁생산) 서비스를 제공하는 기업은 전 세계에서 삼성전자가 유일하다.

GAA 기술의 가장 큰 특징은 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널 4면을 게이트가 둘러싸는 형태라는 점이다. 기존의 ‘핀펫’ 기술은 채널의 3면을 감싼다.

삼성전자는 전류의 흐름을 세밀하게 제어할 수 있는 GAA 기술을 통해 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하 극복, 데이터 처리 속도와 전력 효율 향상 등의 효과를 기대하고 있다.

삼성전자가 3나노 공정에 GAA 기술을 적용한 것은 미세공정의 한계를 돌파하기 위해서다. 반도체 공정이 미세화할수록 난이도가 급상승하는 가운데 GAA는 기존 핀펫 공정의 한계를 극복할 수 있다는 평가를 받는다.

삼성전자에 따르면 3나노 GAA 1세대 공정은 5나노 핀펫 공정보다 성능은 23% 향상됐고 소비전력과 면적은 각각 45%, 16% 감소했다. GAA 2세대 공정으로 넘어가면 성능은 30% 개선되고, 소비전력과 면적은 각각 50%, 35% 줄어들 것으로 전망된다.

이와 같은 성능 향상의 비결은 얇고 넓은 모양의 나노시트 형태로 채널을 구현한 독자적인 ‘MBCFET GAA’ 구조다. 이 구조는 나노시트의 폭을 조정하면서 채널 크기도 다양하게 변경할 수 있다는 장점이 있다.

삼성전자가 3나노 공정에 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 기술을 선제적으로 적용한 것을 두고 반도체 업계에서는 향후 글로벌 파운드리 시장 판도가 흔들릴 것이란 전망이 나온다.

파운드리 사업은 고객 확보가 핵심인데, 차세대 기술을 선제적으로 도입한 게 최첨단 시장에서의 고객 확보 차원에서 ‘신의 한 수’가 될 수도 있다는 것이다.

지난해까지 100개 이상의 파운드리 고객사를 확보한 삼성전자는 2026년까지 고객사를 300개 이상으로 확대해 ‘비전 2030’ 달성의 초석으로 삼겠다는 전략이다.

다만 최근 삼성전자, TSMC 등 업계가 최선단 공정 수율 확보에 애를 먹고 있는 것으로 전해지는 만큼 수율 조기 확보 여부가 3나노 공정과 GAA 기술의 연착륙을 결정지을 핵심 열쇠가 될 전망이다.

이를 위해 삼성전자는 기술검증, 안정적인 생산 인프라 선제 구축 등에 주력해 3나노 반도체 공급 안정화에 나선다는 전략이다.

업계 관계자는 “3나노 파운드리 시장은 2025년까지 연평균 85%에 달하는 폭발적인 성장을 보일 것으로 전망된다”며 “단기간 내에 급성장이 전망되는 시장에 삼성전자가 TSMC보다 먼저 진입한 것은 향후 전 세계 파운드리 시장점유율 측면에서도 유의미한 성과”라고 분석했다.
 

반도체 트랜지스터 구조 변천사 [사진=삼성전자]