25일 오전 경기도 화성시 삼성전자 화성캠퍼스에서 열린 '세계 최초 GAA 기반 3나노 양산 출하식'에서 이창양 산업통상자원부 장관, 경계현 삼성전자 DS부문장 대표이사 등 참석자들이 기념촬영을 하고 있다. 연합뉴스삼성전자는 25일 경기도 화성캠퍼스 V1라인(EUV 전용)에서 차세대 트랜지스터 GAA(Gate All Around) 기술을 적용한 3나노 파운드리(반도체 위탁생산) 제품 출하식을 개최했다.
삼성전자가 세계 최초로 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 밝힌 지난달 30일 이후 약 한 달 만이다.
화성 V1라인 출하식, 3나노 연구개발·양산 임직원 격려
이날 출하식에는 산업통상자원부 이창양 장관과 삼성전자 DS부문장 경계현 대표이사(사장)를 비롯해 삼성전자 임직원과 협력사, 팹리스 관계자 등 100여명이 참석했다.
삼성전자 파운드리사업부는 '혁신적인 기술력으로 세계 최고를 향해 나아가겠습니다'라는 자신감과 함께 3나노 GAA 공정 양산과 선제적인 파운드리 기술로 사업 경쟁력을 강화해 나가겠다는 포부를 밝혔다.
삼성전자 파운드리사업부 기술개발실장 정기태 부사장은 기술 개발 경과보고를 통해 파운드리사업부, 반도체연구소, 글로벌 제조&인프라총괄 등 사업부를 넘어선 협업으로 기술개발 한계를 극복한 점을 강조하는 등 개발에서부터 양산에 이르기까지의 과정을 설명했다.
(왼쪽부터) 삼성전자 경계현 대표이사, 산업통상자원부 이창양 장관, 삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장이 기념사진을 찍고 있다. 삼성전자 제공경계현 대표이사는 "삼성전자는 이번 제품 양산으로 파운드리 사업에 한 획을 그었다"며 "핀펫(FinFET) 트랜지스터가 기술적 한계에 다다랐을 때 새로운 대안이 될 GAA 기술의 조기 개발에 성공한 것은 무에서 유를 창조하는 혁신적인 결과"라고 말했다.
이창양 장관은 "치열한 미세공정 경쟁에서 앞서기 위해 삼성전자와 시스템반도체 업계, 소부장 업계가 힘을 모아달라"먼서 "정부도 지난주 발표한 '반도체 초강대국 달성전략'을 바탕으로 민간 투자 지원, 인력 양성, 기술 개발, 소부장 생태계 구축에 전폭적인 노력을 아끼지 않을 것"이라고 말했다.
MBCFET 독자적 구조로 양산…세계 유일 3나노 GAA 파운드리
삼성전자의 3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다. 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 유일하다.
삼성전자는 GAA 트랜지스터 구조 연구를 2000년대 초부터 시작했으며, 2017년부터 3나노 공정에 본격 적용해 지난달 세계 최초로 GAA 기술이 적용된 3나노 공정 양산을 발표했다.
삼성전자 제공GAA 기술은 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 채널(Channel) 4개면을 게이트(Gate)가 둘러싸는 형태다.
채널의 3개면을 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교해 GAA 기술은 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고, 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술로 손꼽힌다.
또한 삼성전자는 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트(Nanosheet) 형태로 구현한 독자적 MBCFET(Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor) GAA 구조도 적용했다.
나노시트의 폭을 조정하면서 채널의 크기도 다양하게 변경할 수 있으며 기존 핀펫 구조나 일반적인 나노와이어(Nanowire) GAA 구조에 비해 전류를 더 세밀하게 조절할 수 있어 고성능·저전력 반도체 설계에 큰 장점이 있다.
삼성전자는 세계 최초로 GAA(Gate-All-Around) 기술을 적용한 3나노 파운드리 공정 기반의 초도 양산을 시작했다고 30일 밝혔다. 삼성전자 제공삼성전자 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 소비전력을 45% 줄이면서도 성능은 23% 향상되고 면적은 16%가 줄어들었다. 삼성전자가 내년에 양산할 예정인 GAA 2세대 공정은 소비전력이 50% 절감되고 성능은 30% 향상되며 면적은 35%가 축소된다.
GAA 구조의 트랜지스터는 인공지능(AI), 빅데이터, 자율주행, 사물인터넷 등 고성능과 저전력을 요구하는 차세대 반도체에 활용될 예정이다. 삼성전자는 3나노 GAA 공정을 고성능 컴퓨팅(HPC)에 처음으로 적용하고, 주요 고객들과 모바일 시스템온칩(SoC) 제품 등 다양한 제품군에 확대 적용을 위해 협력하고 있다.
TSMC 추격에 박차…메모리 이어 파운드리 세계 1위 도전
업계에서는 삼성전자가 경쟁사인 TSMC보다 먼저 3나노 양산에 들어가면서 메모리 반도체에 이어 파운드리 부문에서도 1위에 도전할 수 있는 최소한의 발판을 마련했다는 평가가 나온다.
시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 1분기 전 세계 파운드리 시장 매출 점유율은 업계 1위인 대만의 TSMC가 53.6%였지만 삼성전자는 16.3%에 그쳤다.
25일 오전 경기도 화성시 삼성전자 화성캠퍼스에서 열린 '세계 최초 GAA 기반 3나노 양산 출하식'에서 관계자들이 웨이퍼를 트럭으로 옮기고 있다. 연합뉴스삼성전자는 TSMC가 독주하는 파운드리 시장의 판세를 흔들기 위해 '하이-케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate)', 핀펫, 극자외선(EUV) 등 신기술을 선제적으로 도입하며 2017년 삼성전자 파운드리 사업부 출범 이후 빠른 속도로 성장해 왔다.
업계 관계자는 "삼성전자는 이제 기술을 검증하고 일정 수준의 수율(결함이 없는 합격품의 비율)을 확보해야 한다"며 "동시에 안정적인 생산 인프라를 선제적으로 구축해 공급 안정화를 추진해야만 파운드리 시장의 판도를 뒤흔들 수 있을 것"이라고 내다봤다.
삼성전자는 오는 2030년까지 메모리 반도체에 이어 팹리스 시스템반도체를 포함한 파운드리 부문에서도 1위를 달성하겠다는 '시스템반도체 비전 2030' 목표를 내걸었다. TSMC의 아성을 무너뜨리기가 결코 쉽지는 않겠지만 3나노 선제 양산이 그 추격의 발판이 될 수 있다.
한편, 삼성전자는 화성캠퍼스에서 3나노 GAA 파운드리 공정 제품 양산을 시작했으며, 향후 평택캠퍼스까지 확대해 나갈 예정이다.