삼성전자 "TSMC·인텔보다 먼저… 내년 상반기 3나노 양산"

삼성전자가 내년 상반기 차세대 초미세공정인 3나노미터(1nm=10억분의 1m)급 양산에 본격적으로 들어간다. 또 2025년부터는 2나노 공정에 돌입하며 세계 1위 파운드리 업체인 TSMC와의 치열한 기술 경쟁을 예고했다.

■코로나로 2년 만에 열려

삼성전자는 6일 '또 한 차원을 더하다'(Adding One More Dimension)는 주제로 '삼성 파운드리 포럼 2021' 포럼을 온라인으로 개최했다.

이 포럼은 매년 삼성전자가 파운드리(반도체 위탁생산) 사업 로드맵과 신기술을 주요 팹리스(반도체 설계 전문) 업체에 소개하고 새로운 고객사를 확보하기 위해 개최하고 있다. 지난해 코로나19 확산 여파로 행사가 취소되면서 파운드리 포럼은 2019년 이후 2년 만에 개최됐다.

다리오 길 IBM 연구소 총괄 수석 부사장, 샤 라비 페이스북 반도체 총괄 부사장, 카롤린 수어드 인텔 글로벌 공급망 부사장 등은 외부 연사로 참석했다.

이번 포럼에서 삼성전자는 내년 상반기 게이트올어라운드(GAA) 기술을 적용한 3나노를 양산한다고 밝혔다. GAA는 전류 흐름을 조절하는 스위치 역할을 하는 반도체 트랜지스터 구조를 개선한 차세대 기술이다. 트랜지스터의 게이트와 채널이 닿는 면을 4개로 늘려 기존 핀펫(FinFET) 구조보다 전력 효율을 높였다. 경쟁사인 TSMC·인텔보다 양산 시기를 앞당겼다. TSMC는 내년 하반기, 인텔은 2023년 3나노 양산이 예상된다.

삼성전자 관계자는 "삼성전자의 독자적인 GAA 기술인 MBCFET(다중가교채널 트랜지스터) 구조를 적용한 3나노 공정은 핀펫 기반 5나노 공정 대비 성능은 30% 향상되며 전력소모는 50%, 면적은 35% 감소할 것으로 예상된다"면서 "3나노 공정의 경우 안정적인 생산 수율을 확보하며 양산을 위한 준비가 이뤄지고 있다"고 설명했다.

■2023년 3나노 2세대 양산

삼성전자는 2023년에는 3나노 2세대, 2025년부터 2나노 양산에 돌입할 계획이다. 신공정 양산 시점을 앞당길수록 신규 고객사 확보에 유리하지만, 수율(양품 비율) 안정화 단계를 얼마나 단축시킬 수 있느냐가 향후 파운드리 시장 경쟁력을 좌우할 것으로 관측된다.

삼성전자는 공정기술·라인운영·파운드리 서비스를 한 차원 더 발전시켜 빠르게 성장하는 파운드리 시장에서 경쟁력을 강화하겠다고 강조했다. 전 세계 파운드리 시장 점유율 2위 삼성전자는 파운드리 부문 대규모 투자를 통해 1위 업체 TSMC를 따라잡는 동시에 파운드리 시장 재진출을 선언한 인텔, 중국 정부의 지원을 받고 있는 중국 업체들의 맹추격을 뿌리치겠다는 계획이다.

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 포럼 기조연설에서 "대규모 투자를 통해 생산 역량을 확대하고, GAA 등 첨단 미세공정뿐만 아니라 기존 공정에서도 차별화된 기술 혁신을 이어갈 것"이라며 "코로나19로 인해 급격한 디지털 전환이 이뤄지고 있는 가운데 고객들의 다양한 아이디어가 칩으로 구현될 수 있도록 차별화된 가치를 제공해 나갈 것"이라고 말했다.

삼성전자는 이날 포럼에서 핀펫 기반 17나노 신공정도 발표했다. 17나노 공정은 28나노 공정 대비 성능은 39%, 전력효율은 49% 향상되며 면적은 43% 감소가 기대된다.

평면 트랜지스터 기반의 28나노 이상 공정을 주로 활용하는 이미지센서, 모바일 디스플레이 드라이버 집적회로(IC) 등의 제품에도 17나노 신공정을 적용할 수 있어 응용처를 다양하게 확대한다는 구상이다.

삼성전자는 기존 14나노 공정을 3.3V 고전압, 내장형 MRAM(eMRAM) 지원 등 마이크로 컨트롤 유닛(MCU) 적용할 수 있는 옵션도 개발할 계획이다.

이를 통해 사물인터넷(IoT), 웨어러블 기기 등 핀펫 공정의 응용처 다변화를 지원하고 8나노 무선통신(RF) 플랫폼의 경우 5세대(5G) 반도체 시장에서 6㎓ 이하 밀리미터파(mmWave) 제품 기술력을 끌어올린다는 구상이다.

[e-mail] 장민권 기자