삼성전자 GAA - 메모리 파운드리 초미세 공정

반도체 초미세 제조 기술분야에서 삼성전자와 TSMC 간의 경쟁이 치열합니다. 이번에 삼성전자에서는 GAA라는 초미세 제조 기술을 들고 나왔습니다. 어떤 기술인지 같이 알아봅시다.

 

 

GAA란 무엇인가?

GAA는 Gate-All-Around의 앞글자를 딴 용어로, 차세대 트랜지스터 제조 기술을 말합니다. 기존의 첨단 기술로 불렸던 FinFET 트랜지스터에서 트랜지스터의 '게이트' 부분을 변형하여 3 나노 이하의 구조에서도 더 낮은 전력으로 더 빠른 신호처리를 수행할 수 있는 혁신적인 반도체 제조 방식입니다.

 

 

기존의 FinFET 트랜지스터는 게이트가 채널을 3면으로 감싼 구조로, 평판 트랜지스터를 고집적하는 과정에서 입체구조로 바꾸는 나름의 혁신적인 반도체 제조 방식이었습니다. 4 나노까지의 반도체에서는 문제없이 사용되었으나, 3 나노로 한 차원 높은 집적이 필요한 단계에서는 게이트에 가하는 전압을 더 낮출 수 없었습니다.

 

이에 트랜지스터의 게이트가 채널을 4면으로 감싼 구조로 변형하여 동작전압을 더 낮춤으로써 전력 효율을 한 단계 끌어올리는 것을 가능하게 하였습니다.

 

GAA 기술의 특징

조금 더 구체적으로 GAA로 만든 반도체의 특징을 알아봅시다.

• 반도체의 성능을 한 단계 업그레이드하였습니다. 게이트가 채널을 감싼 구조로 제조하기 때문에 기존 FinFET 트랜지스터보다 게이트의 접촉 면적이 확대되어 전류를 제어하는 능력이 올라갔으며, 속도도 35% 이상 향상했습니다.
• 회로가 미세함으로 발생할 수밖에 없는 누설 전류를 기존 보다 50% 이상 줄였습니다.
• 칩의 면적을 35% 감소시킴으로써 같은 면적에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있습니다.

 

 

 

삼성전자의 GAA

삼성전자는 2022년 6월, 세계에서 처음으로 3 나노에서 GAA 공정 양산을 시작했습니다. 2023년 11월에는 2 나노 GAA 공정 개발을 완료하고 2025년에 양산을 시작할 계획입니다. 2024년 중 PRAM과 HBM 등의 제품에 GAA 기술을 적용한다고 합니다.

 

삼성전자는 한 단계 업그레이드된 GAA기술을 선보였습니다. MBCFET 제조기술인데요, MBC는 Multi-Bridge-Channel을 줄임말로, 원래의 GAA에는 게이트가 채널을 감싸게 하기 위해서, 채널을 와이어 형태로 게이트를 관통하게 구성하였습니다. 너무 얇게 구성을 하다 보니 채널을 통과하는 전류의 양이 문제가 되었습니다. 이에 채널을 얇은 '판' 형태의 구조로 만들어 더 많은 전류를 보낼 수 있도록 구조를 개선하였습니다.

 

출처: 삼성전자 홈페이지

 

삼성전자는 GAA 기술을 통해 메모리 제조기술을 선도하고, 차세대 반도체 시장에서 초격차를 이어갈 것으로 기대됩니다. GAA 기술을 메모리뿐만 아니라, 로직, 파운드리 등, 반도체 전 분야에 적용할 수 있으며, 미래 반도체 산업의 핵심 기술로 자리매김할 것입니다.

 

현재 파운드리 분야에서 좀처럼 TSMC 와의 격차를 줄이지 못하고, 주가도 이른바 '7만 전자'에 머무른 지 오래된 상황에서 GAA 기술로 8 만전자를 넘어서 9만 전자, 10 만전자를 이룰 수 있을지 귀추가 주목되는 상황이라 하겠습니다.

 

 

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