삼성전자 “내년 GAA 기반 3나노 공정 양산…2025년 2나노 진입”

▲삼성전자가 'Adding One More Dimension'을 주제로 '삼성 파운드리 포럼 2021'을 온라인으로 개최했다. 사진은 최시영 사장이 기조연설을 하는 모습. (사진제공=삼성전자 )

삼성전자가 파운드리(반도체 수탁생산) 시장 1위 업체인 대만 TSMC를 따라잡기 위해 3나노(3㎚·1나노미터는 10억분의 1m) 초미세공정 선점에 승부수를 건다. 반도체 업계를 주도해온 기존 핀펫 기술과 다른 게이트올어라운드(GAA) 기술을 앞세워 내년 상반기 GAA 기술을 도입한 3나노 제품 양산을 시작하고, 2025년엔 2나노 공정에 진입할 계획이다.

삼성전자는 6일 오전 10시(미국 현지시간) ‘또 한 차원을 더하다(Adding One More Dimension)’라는 주제로 파운드리 포럼을 열고 다양한 선행 기술과 포트폴리오를 공개했다.

삼성 파운드리 포럼은 삼성전자의 파운드리 기술력을 선보이는 대규모 글로벌 행사다. 지난해엔 신종 코로나바이러스 감염증(코로나19) 확산 방지를 위해 개최되지 않았고, 올해는 온라인을 통해 진행됐다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부 사장은 이날 ‘새로운 차원으로의 첫 문’(The first door to a new dimension)이라는 주제로 기조 연설했다. 최 사장은 “대규모 투자를 통해 생산 역량을 확대하고, GAA 등 첨단 미세공정뿐만 아니라 기존 공정에서도 차별화된 기술혁신을 이어갈 것”이라고 강조했다.

이어 "코로나19로 인해 급격한 디지털 전환이 이뤄지고 있는 가운데, 고객들의 다양한 아이디어가 칩으로 구현될 수 있도록 차별화된 가치를 제공해 나갈 것"이라고도 했다.

▲삼성전자 클린룸 반도체 생산현장. (사진제공=삼성전자)

삼성전자는 이번 포럼에서 GAA 기술을 기반으로 한 3나노 및 2나노 공정 양산 계획을 밝혔다. 2022년 상반기 GAA 기술을 3나노에 도입하고, 2023년에는 3나노 2세대, 2025년에는 GAA 기반 2나노 공정 양산에 들어간다는 계획이다.

3나노 이하 공정은 파운드리 시장에서 점유율을 획기적으로 확대할 수 있는 중대한 변곡점으로 꼽힌다. 현재 7나노 이하 미세공정 기술을 가진 업체는 삼성전자와 TSMC 두 곳뿐으로, 양사는 3나노 양산 시점을 두고 기술 경쟁을 펼치고 있다.

삼성전자는 올해 3월 주주총회에서 "GAA 개발로 3나노 이하 초미세 공정 기술의 리더십을 강화할 계획"이라고 언급했고, 이후 복수의 반도체 학회와 반기보고서 등에서 GAA 기반 3나노 양산 준비가 순조롭게 이뤄지고 있다고 밝혀왔다. 이날 파운드리 포럼에서 이러한 의지를 한 번 더 내비친 데 이어, 2나노 양산 목표 시점까지 밝힌 것이다.

특히 삼성전자는 이날 포럼에서 차세대 트랜지스터 기술 선점에 대한 자신감을 드러냈다. 삼성전자가 도입한 GAA 기술은 GAA 기술은 전력효율, 성능, 설계 유연성을 가지고 있어 공정 미세화를 지속하는 데 필수적이다. 기존 핀펫(FinFET) 구조보다 기술적으로 고난도지만, 전력효율은 더욱 뛰어나다. TSMC는 GAA가 아닌 기존 핀펫 구조를 기반으로 한 3나노 양산을 준비하고 있는 것으로 알려졌다.

삼성전자의 독자적인 GAA 기술인 MBCFET™(Multi Bridge Channel FET) 구조의 우수성도 강조했다. 회사 측은 "해당 기술을 적용한 3나노 공정은 핀펫 기반 5나노 공정 대비 성능은 30% 향상되고, 전력 소모는 50%, 면적은 35% 감소할 것으로 예상한다"라고 설명했다.

▲삼성전자가 'Adding One More Dimension'을 주제로 '삼성 파운드리 포럼 2021'을 온라인으로 개최했다. (사진제공=삼성전자)

기존 핀펫 구조도 지속해서 개선하고 있다고 밝혔다. 비용적인 측면에서의 효율성과 응용 분야별 경쟁력을 갖춘 제품을 제공해 고객사를 늘리기 위해서다.

이번 포럼에선 핀펫 기반 17나노 신공정이 발표됐다. 28나노 공정 대비 성능은 39%, 전력효율은 49% 향상된다. 반면 면적은 43%가 감소할 것으로 기대된다.

특히 평면 트랜지스터 기반의 28나노 이상 공정을 주로 활용하는 이미지센서, 모바일 디스플레이 드라이버 IC 등의 제품에도 17나노 신공정을 적용할 수 있다. 다양한 응용처로의 확대 가능성이 크다는 뜻이다.

삼성전자는 기존 14나노 공정을 3.3V 고전압, eMRAM 지원 등 MCU(Micro Controller Unit)에 적용할 수 있는 다양한 옵션을 개발해 응용처 다변화를 지원한다. 8나노 RF(Radio Frequency) 플랫폼의 경우 5G 반도체 시장 내 6GHz 이하 밀리미터파(mmWave) 제품에서 리더십을 확보한다는 계획이다.

한편, 이번 '삼성 파운드리 포럼 2021'엔 역대 파운드리 포럼 중 가장 많은 500개사, 2000명 이상의 팹리스 고객과 파트너들이 사전 등록하며 높은 관심을 끌었다. 삼성전자는 파운드리 포럼에 이어 파운드리 고객과 파트너사의 생태계 강화를 위한 세이프(Samsung Advanced Foundry Ecosystem) 포럼도 내달 온라인으로 개최한다는 방침이다.