핀펫 넘어 게이트 올 어라운드 (GAA)로. 삼성전자 GAAFET 시대 열다

(출처: 삼성전자)

삼성전자가 6월 30일 세계 최초의 게이트 올 어라운드 (GAA) 기반의 3nm 공정 파운드리의 초기 양산을 시작했다고 발표했습니다. 과거 반도체 제조사들은 누설 전류를 억제하고 반도체 제조 공정을 미세화하기 위해 핀펫 (FinFET) 트랜지스터 기술을 개발했습니다. 전류가 흐르는 채널을 게이트가 3면을 둘러싸는 방식이라 인텔은 3D 트랜지스터라는 명칭을 붙였지만, 업계에서는 핀펫이 더 일반적인 용어입니다.

아무튼 이 기술을 사용해도 이제는 회로 선폭이 너무 작아지면서 전류를 제대로 흘려보낼 수 없기 때문에 아예 트랜지스터 게이트가 채널 4개면을 둘러싸는 게이트 올 어라운드 기술이 등장했습니다. 삼성전자의 접근법은 중간에 나노와이어를 넣는 대신 종이 같은 나노시트를 넣는 방식입니다. 이를 다중가교채널펫 (Multi Bridge Channel FET (MBCFET))이라고 부릅니다. 이 기술은 GAA 방식으로는 세계 최초로 상용화된 것입니다.

MBCFET의 장점은 나노시트의 크기를 조절해서 에너지 효율을 높이거나 혹은 클럭을 높일 수 있다는 것입니다. 더 유연한 설계가 가능하기 때문에 고객사의 요청에 맞춰 맞춤형 반도체를 만드는 파운드리 목적으로 적합해 보입니다.

삼성의 3nm 공정은 5nm 공정에 비해 전력을 최대 45% 줄이거나 성능을 23% 정도 끌어올릴 수 있습니다. 전체적인 크기 감소는 16%로 그다지 크지 않은 편이지만, 앞으로 MBCFET 기술이 더 성숙하면 밀도도 크게 높일 수 있을 것으로 기대됩니다.

한편 TSMC의 3nm 공정은 전통적인 FinFET 기술을 사용하고 있지만, 로직 밀도 증가는 1.7배로 상당히 높은 편입니다. 삼성보다 늦은 올해 하반기 양산 예정으로 애플 등 TSMC의 충성 고객들에게 먼저 공급될 가능성이 높아 보입니다.

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TSMC의 나노시트 기반 GAAFET 공정인 N2 (2nm)는 2025년에나 양산될 예정입니다. GAAFET 기술에서는 삼성전자가 적용이 빨랐던 셈인데, 실제 성능에서 어떤 차이를 보여줄지 앞으로가 궁금합니다.

참고

https://www.anandtech.com/show/17474/samsung-starts-3nm-production-the-gaafet-era-begins

https://n.news.naver.com/mnews/article/584/0000019475?sid=105

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