◆ 삼성전자 기술 초격차 ◆

삼성전자가 GAA 기반 3나노 반도체 공정 양산을 시작하면서 미세공정의 한계를 뛰어넘었다. GAA 3나노 공정으로 생산하는 저전력·고성능 반도체는 인공지능(AI), 5세대 이동통신(5G), 사물인터넷(IoT), 자율주행차 등 다양한 분야에 활용될 전망이다.

반도체 회로 선폭에 사용되는 단위는 나노미터(㎚)다. 1나노는 머리카락 한 올 10만분의 1 크기에 해당한다. 반도체업계에선 웨이퍼에 미세한 회로를 그려 넣는 초미세공정 기술을 확보하는 게 경쟁력이 됐다. 반도체 회로가 미세화될수록 같은 면적에 더 고용량·고성능·고효율 제품을 만들 수 있기 때문이다. 칩 크기가 작아지면 동일 면적의 웨이퍼 안에서 더 많은 반도체를 생산할 수 있다. 초미세공정이 가격 경쟁력과도 직결되는 셈이다. 3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술이다. 이 공정을 이용하면 현재의 4나노 기술보다 더 세밀한 회로를 그릴 수 있다.

3나노 공정을 가능하게 하기 위해 탄생한 트랜지스터 구조가 바로 GAA다. 트랜지스터는 반도체를 구성하는 주요 소자로 전류의 흐름을 조절하는 역할을 한다. 반도체 칩 하나에 트랜지스터가 수천만~수억 개 들어가는 초고집적회로 시대다. 이에 따라 크기가 작은 트랜지스터를 정밀하게 조절해야 할 필요성이 생겼다.

게이트와 채널 간 접하는 면이 넓을수록 효율이 높아진다. 입체(3D) 구조의 핀펫 공정 기술은 게이트와 채널이 3개 평면에서 맞닿는 3차원 구조로 접점 면적이 커져 반도체 성능을 향상시킨다. 다만 핀펫 구조는 4나노 이후의 공정에서는 더 이상 동작 전압을 줄일 수 없다는 한계가 있다.

이와 달리 GAA 구조의 트랜지스터는 전류가 흐르는 4개 채널 면을 게이트가 둘러싸고 있어 전류의 흐름을 보다 세밀하게 제어할 수 있다. 아울러 채널 조정 능력을 극대화해 높은 전력 효율도 얻을 수 있다.

[정유정 기자]

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