[뉴스속 용어]반도체 선폭 경쟁과 함께 주목받는 'GAA 기술'

[아시아경제 조인경 기자] 세계 파운드리(반도체 위탁생산) 시장 1위인 대만 TSMC와 2위 삼성전자가 첨단 공정인 3나노미터(nm·1nm는 10억분의 1m) 반도체 양산을 놓고 본격 경쟁한다. 시장점유율에서 3배 가량 차이가 나는 삼성전자가 TSMC를 추격할 핵심 경쟁력으로 내세운 것이 바로 '게이트올어라운드(GAA·Gate All Around)' 기술이다.

관련업계에 따르면, 그동안 나노급 반도체 생산에는 주로 3D 구조의 핀펫(FinFET) 공정이 적용돼 왔다. 핀펫 기술은 전류가 흐르는 통로가 넓을수록 효율이 높아진다는 점에 착안해 게이트와 채널이 윗면과 좌측, 우측 3면에서 맞닿는 3차원 구조로 접점 면적을 키웠고, 기존 평면 구조에 비해 반도체 성능을 더욱 향상시킬 수 있었다.하지만 반도체 크기가 계속 작아지면서 이보다 더 발전된 차세대 기술이 필요했고, 그 결과 게이트가 채널의 윗면과 좌우 양면, 아랫면까지 4면을 둘러싸고 있어 반도체의 전류를 더욱 세밀하게 제어할 수 있는 GAA 구조가 나왔다.

삼성전자는 지난해 6월 세계 최초로 GAA 기술을 적용, 3나노 파운드리 공정을 기반으로 한 초도물량을 양산하기 시작했다. 3나노 공정은 반도체 제조공정 가운데 가장 앞선 기술이며, GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스도 세계 파운드리 업체를 통틀어 삼성전자가 유일했다. TSMC는 삼성전자보다 늦은 지난해 12월29일에야 대만 공장에서 3나노 파운드리 양산에 들어갔다.

특히 삼성전자는 여기에 독자적인 기술을 추가했다. 채널을 얇고 넓은 모양의 나노시트(Nanosheet) 형태로 만드는 MBCFET GAA 구조를 적용, 좁고 긴 모양의 채널을 만드는 일반적인 GAA 구조보다 더 고성능·저전력 반도체 설계를 할 수 있다. GAA 기반 3나노 반도체는 핀펫 기반의 7나노 반도체에 비해 소비전력은 약 50% 절감되고, 성능은 30% 가량 개선되며, 필요 공간도 45%나 축소됐다는 게 회사 측의 설명이다.

GAA 공정은 그 자체로 난도가 높고 수율(합격품 비율) 확보도 쉽지 않지만, 업계에선 삼성전자가 지난해 과도기를 거쳐 현재는 안정적인 수준의 수율을 달성한 것으로 보고 있다. 삼성전자는 앞선 양산 노하우를 기반으로 3나노 응용처를 확대하고 있으며, GAA 기반 공정 기술을 계속 혁신해 2025년에는 2나노, 2027년에는 1.4나노 공정을 도입할 계획이다.

조인경 기자 ikjo@asiae.co.kr