TSMC보다 앞섰다…삼성전자, 세계 첫 3나노 파운드리 양산

삼성전자 파운드리사업부 정원철 상무(왼쪽부터), 구자흠 부사장, 강상범 상무가 화성캠퍼스 3나노 양산라인에서 3나노 웨이퍼를 보여주고 있다. (삼성전자 제공)

삼성전자가 세계 최초로 GAA 기술을 적용한 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다. 3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이며 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 유일하다.

삼성전자는 30일 GAA 3nm(나노미터·1nm는 10억분의 1m) 공정의 고성능 컴퓨팅(HPC)용 시스템 반도체를 초도 생산했다고 밝혔다. 올 하반기 3나노 양산을 목표로 한 대만의 TSMC보다 한 발 앞서 3나노 양산에 성공한 것이다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 “삼성전자는 파운드리 업계 최초로 하이 케이 메탈 게이트, 핀펫 등 신기술을 선제적으로 도입해 빠르게 성장했고 3나노 공정의 파운드리 서비스 또한 세계 최초로 제공하게 됐다”고 말했다.

삼성전자는 이번에 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널 4개 면을 게이트가 감싸는 형태인 차세대 GAA 기술을 세계 최초로 적용했다. 이는 채널의 3개 면을 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교해 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술로 꼽힌다.

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

삼성전자 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력을 45% 절감하고 성능은 23% 향상했으며 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상 효과를 거뒀다.

삼성전자의 3나노 양산으로 파운드리 시장에서의 주도권 경쟁은 더욱 치열해질 것으로 전망된다. 시장조사기관 옴디아에 따르면 삼성전자 파운드리 사업부 매출은 지난해 169억 달러로 2018년 이후 연 평균 약 13%씩 성장해 왔다. 이는 파운드리 시장 연평균 성장률 12%를 웃도는 수치다.

수주 사업인 파운드리의 특성 상 고객 확보가 관건인 만큼 고객사를 늘리는 데에도 집중할 계획이다. 삼성전자는 지난해 약 100곳인 고객사를 2026년까지 300곳으로 확보할 방침이다. 삼성전자 관계자는 “삼성전자의 도전적인 첨단 공정 도입이 없었으면 파운드리 생태계 기술발전 속도는 훨씬 더뎠을 것”이라며 “메모리 사업으로 대한민국을 반도체 강국으로 이끌었듯 파운드리 사업도 한국 반도체 사업의 든든한 버팀목으로 성장할 것”이라고 말했다.

송충현 기자 balgun@donga.com