정은승 삼성전자 파운드리사업부장 사장이 22일(현지시간) 미국 산타클라라 메리어트 호텔에서 '삼성 파운드리 포럼 2018(Samsung Foundry Forum 2018)'에서 첨단공정 로드맵을 발표하고 있다. (삼성전자 제공)© News1

삼성전자가 4차원 차세대 기술인 '게이트 올 어라운드(GAA)'를 활용한 3나노(1나노미터는 10억분의 1ｍ) 공정까지 향후 로드맵을 제시했다. 가장 도전적인 공정은 차세대 기술을 활용하는 3나노다.

삼성전자는 22일(현지시간) 미국 산타클라라 메리어트 호텔에서 '삼성 파운드리 포럼 2018(Samsung Foundry Forum 2018)'을 열고 차세대 트랜지스터 구조를 활용한 3나노 공정 로드맵을 통해 로직 공정의 터닝포인트를 마련할 것이라고 발표했다. 삼성전자는 3나노 공정에서 '3GAAE/GAAP(3나노 Gate-All-Around Early/Plus)' 생산을 목표로 잡았다. 

차세대 트랜지스터 구조인 MBCFETTM을 최초로 적용해 게이트(GATE) 컨트롤 개선으로 성능을 대폭 향상한다는 목표다. MBCFETTM(Multi Bridge Channel FET)은 핀펫(FinFET) 구조의 크기 축소와 성능 향상의 한계를 극복한 GAAFET(Gate All Around FET) 기술의 삼성전자 독자 브랜드다.

GAA는 파운드리업계에서 핀펫 다음 차세대로 꼽히는 기술을 말한다. 윗면-앞면-뒷면 등 총 3면을 트랜지스터의 게이트로 쓰는 '핀펫' 이후로는 게이트의 아랫면까지 모두 쓰는 4차원 방식의 'GAA (Gate-All-Around)' 구조로 등장하게 된다. 

반도체회로를 구성하는 트랜지스터 소자의 선폭(gate length, 게이트폭)을 줄이는 '미세화'는 그동안 업계의 지상 과제였다. 트랜지스터에서 게이트는 말 그대로 전류의 흐름을 조절하는 문 역할을 한다. 문의 폭을 줄일수록 전자의 이동량이 많아져 회로의 동작 속도가 빨라진다.

그러나 10나노급 이하의 극미세 공정에서는 트랜지스터의 크기를 미세화 하더라도, 소자간 간격이 좁아지면서 소자간 연결을 위한 메탈의 저항 (RC delay)이 커지고 발열문제도 발생했다. 천문학적 비용을 투입해 반도체 미세화를 더 진행하더라도 혁신적 기능 향상을 담보할 수 없는 단계에 다다른 것이다. 한계 극복을 위한 돌파구로 꼽히는 것이 GAA와 같은 4차원 기술이다.

이번 '삼성 파운드리 포럼 2018'은 팹리스 업계 고객사, 파트너사, 애널리스트 등 약 500명이 참석한 가운데 진행됐다. 이날 삼성전자는 주력 양산 공정인 14·10나노 공정과 EUV(극자외선 노광장비)를 활용한 7·5·4나노 공정을 발표했다. 또한 새롭게 3나노 공정 로드맵을 공개하며, 향후 광범위한 첨단 공정 개발과 설계 인프라, SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem)의 지속 확장 의지를 밝혔다.

삼성전자 파운드리사업은 현재 기술 난이도가 높은 7LPP (7나노 Low Power Plus) 공정 개발에 한창이다. 처음 도전해보는 EUV 장비를 적용한 최초 로직 공정으로 올해 하반기 시험생산이 목표다. 미국 퀄컴이 7나노(1나노미터는 10억분의 1ｍ) 공정에서 TSMC와 손잡았다 지난 2월 삼성전자 파운드리에 7나노 공정(7LPP, Low Power Plus) 기반 5G 모뎀칩 생산을 우선 맡겼다. 간신히 퀄컴의 손을 다시 잡은데다 차세대 노광장비인 EUV(Extreme Ultra Violet)를 적용하는 도전적 공정이어서 삼성전자의 긴장감이 어느 때보다 높다. TSMC는 내년 초 EUV 적용 7나노 공정 양산에 들어간다.

삼성전자는 이날 발표에서 14나노에서 대성공을 거둔 기술인 핀펫(FinFET) 공정은 4나노가 마지막이 될 것이라고도 밝혔다. 4LPE/LPP (4나노 Low Power Early/Plus)는 핀펫을 활용한 마지막 공정으로, 3나노로 가기 전 징검다리 역할을 하게 된다.

삼성전자 파운드리 사업부 전략마케팅팀장 배영창 부사장은 "지난 한 해 EUV 공정을 적용한 포트폴리오를 강화하는데 주력해왔다"며 "향후 GAA(Gate-All-Around)구조를 차세대 공정에 적용함으로써 단순히 기술 리더십을 선도할 뿐 아니라 좀 더 스마트하며 기기 간의 연결성을 강화한 새로운 시대를 열어갈 수 있으리라 기대한다"고 강조했다. 

'삼성 파운드리 포럼 2018'은 이번 미국 포럼을 시작으로 6월 중국 상하이, 7월 한국 서울, 9월 일본 도쿄, 10월 독일 뮌헨으로 이어질 예정이다.