[경신스] 삼성전자 '이것' 성공했다는 소식에…퀄컴도 돌아왔다 [MK위클리반도체]

2022.07.03

헤드라인

삼성전자 '이것' 성공했다는 소식에…퀄컴도 돌아왔다 [MK위클리반도체]

 

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https://www.mk.co.kr/news/it/view/2022/07/580530/

 

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[MK위클리반도체] 반도체 위탁생산(파운드리) 업계의 큰손 고객인 퀄컴이 대만 TSMC 대신 한국 삼성전자의 손을 다시 잡았습니다. 삼성전자의 첨단 공정인 3나노 공법의 초도 물량 고객으로 이름을 올린 것으로 알려졌습니다. 절대 강자 TSMC의 물량을 다시 삼성이 가져오게 되면서 파운드리 시장에 지각변동이 있을 것으로 전망됩니다.

3일 업계에 따르면 퀄컴은 차세대 모바일용 칩셋 위탁생산을 위해 삼성전자와 3나노 공정 적용을 협의 중입니다. 당초 이 물량은 전량 TSMC가 가져갈 것으로 전망됐습니다. 하지만 시장 예상보다 삼성전자가 발 빠르게 3나노 공정 양산에 성공하면서 변수가 생겼습니다.

삼성전자가 퀄컴 신제품 수주에 성공한다면 일명 GOS(Game Optimizing Service) 사태로 잃어버렸던 명예를 어느 정도 다시 회복하는 셈이 됩니다. 문제의 발단은 지난해 초 삼성전자가 독점 생산한 8 Gen1이었습니다. 하지만 이 제품은 발열 현상이 심했고 이를 보완하기 위해 삼성이 GOS 프로그램으로 스마트폰 성능을 강제 약화시키며 논란이 됐습니다.

　이에 퀄컴은 즉시 보완 후속작을 내놨는데 이 제품의 생산은 대만 TSMC에 맡겼습니다. 이를 두고 시장에서는 퀄컴이 삼성 파운드리에 능력을 의심한 것이 아니냐는 추측이 나오기도 했습니다.

삼성이 반전을 다시 만들어낸 것은 시장에서 가장 먼저 30일 3나노 양산을 발표하며 이뤄졌습니다. 삼성전자가 도입한 3나노 공정은 반도체 제조 공정 가운데 가장 앞선 기술로 평가받습니다. 차세대 트랜지스터 구조인 GAA 신기술을 적용한 3나노 공정 파운드리 서비스는 전 세계 파운드리 업체 중 삼성전자가 유일합니다. TSMC도 이전 기술인 핀펫을 이용한 3나노를 준비 중인 것으로 알려졌습니다.

삼성전자는 이번에 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 4개면을 모두 스위치(게이트)가 둘러싸는 형태인 차세대 GAA 기술을 세계 최초로 적용했습니다.

채널의 3개면을 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교해 GAA 기술은 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술로 손꼽히고 있습니다.

업계 관계자는 "GAA 구조의 트랜지스터는 전류의 흐름을 보다 세밀하게 조정할 수 있다"며 "GAA 기술은 5~10나노 당시 기존 첨단 반도체에 쓰이던 공정 기술(핀펫)보다 트랜지스터를 소형화하는 과정에서 겪는 노광 기술의 한계나, 작아진 반도체 소자에서 발생할 수 있는 발열, 전류 누설 같은 근본적인 문제를 해결할 수 있을 것으로 보인다"고 설명했습니다.

삼성전자 관계자는 "3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45% 절감되고, 성능은 23% 향상되며 면적은 16% 축소됐다"며 "GAA 2세대 공정은 전력은 50% 절감되고 성능은 30% 향상되며 면적은 35% 축소된다"고 설명했습니다.

삼성전자는 이번 3나노 반도체 양산을 시작으로 내년에는 3나노 2세대, 2025년에는 GAA 기반 2나노 공정 양산에 착수하는 '초격차 기술' 전략을 펼친다는 방침입니다. 이를 통해 TSMC와의 점유율 격차를 단기간에 따라잡겠다는 계획입니다. TSMC는 올 하반기에 핀펫 기반 3나노 반도체를 양산할 예정으로, GAA 기술은 오는 2025년 2나노부터 적용할 것으로 알려졌습니다.

하지만 일각에선 삼성전자가 시장을 확대하려면 수율 관리와 고객사 확보를 선제적으로 해결할 필요가 있다는 지적도 나옵니다. 삼성전자의 3나노 미세공정 시험수율은 올해 초까지 10%에서 20% 수준을 유지하다, 최근 상당한 수준을 확보한 것으로 전해졌습니다.

업계는 삼성전자가 계획대로 이번에 3나노 반도체 양산에 나서자 TSMC와의 격차를 줄이는 데도 상당한 도움이 될 것으로 예상했습니다. 대만 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 삼성전자의 시장 점유율은 지난해 4분기 18.3%에서 올해 1분기 16.3%로, 2%포인트가량 하락했습니다. 반면 TSMC는 같은 기간 시장 점유율이 52.1%에서 53.6%로 증가했습니다. 지난해 4분기에 33.8%포인트 수준이던 두 회사의 점유율 격차는 올해 1분기 37.3%포인트로 더 벌어졌습니다.

 

본문의 근거

 1. 반도체 위탁생산(파운드리) 업계의 큰손 고객인 퀄컴이 대만 TSMC 대신 한국 삼성전자의 손을 다시 잡았습니다. 삼성전자의 첨단 공정인 3나노 공법의 초도 물량 고객으로 이름을 올린 것으로 알려졌습니다.

 

 2. 삼성전자는 이번에 반도체를 구성하는 트랜지스터에서 전류가 흐르는 4개면을 모두 스위치(게이트)가 둘러싸는 형태인 차세대 GAA 기술을 세계 최초로 적용

채널의 3개면을 감싸는 기존 핀펫 구조와 비교해 GAA 기술은 게이트의 면적이 넓어지며 공정 미세화에 따른 트랜지스터 성능 저하를 극복하고 데이터 처리 속도와 전력 효율을 높이는 차세대 반도체 핵심 기술

"GAA 구조의 트랜지스터는 전류의 흐름을 보다 세밀하게 조정할 수 있다"며 "GAA 기술은 5~10나노 당시 기존 첨단 반도체에 쓰이던 공정 기술(핀펫)보다 트랜지스터를 소형화하는 과정에서 겪는 노광 기술의 한계나, 작아진 반도체 소자에서 발생할 수 있는 발열, 전류 누설 같은 근본적인 문제를 해결할 수 있을 것으로 보인다"

"3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력은 45% 절감되고, 성능은 23% 향상되며 면적은 16% 축소됐다"며 "GAA 2세대 공정은 전력은 50% 절감되고 성능은 30% 향상되며 면적은 35% 축소된다"

 

 3.  수율 관리와 고객사 확보를 선제적으로 해결할 필요가 있다는 지적도 나옵니다. 삼성전자의 3나노 미세공정 시험수율은 올해 초까지 10%에서 20% 수준을 유지하다, 최근 상당한 수준을 확보한 것으로 전해졌습니다.

 

 

추가 조사할 내용 또는 결과

 

1. GAA 구조 트랜지스터 (Gate-All-Around)

트랜지스터는 게이트에 전압이 가해지면 채널을 통해 Source와 Drain으로 전류가 흐르면서 동작

기존 방법의 한계 : 게이트와 채널이 하나의 면으로 맞닿아 있는 평면(2D구조로 트랜지스터의 크기를 줄이다 보면 소스와 드레인 간 거리가 가까워져 게이트가 제 역할을 못하고 누설전류가 생기는 단채널(Short Channel) 현상이 발생하는 등 동작 전압을 낮추는 데 한계가 존재

개선 : 3D 구조의 공정기술 개발 = 핀펫(FinFET)

- 게이트와 채널이 3면에서 맞닿는 3차원 구조로 접점 면적 증가시켜 반도체 성능 향상

- but 4나노 이후 공정에서 더 이상 동작 전압을 줄일 수 없는 한계 존재

 

차세대 3나노 GAA구조

3나노 이하 초미세 회로에 도입될 GAA 구조의 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널 4면을 게이트가 둘러싸고 있어 전류의 흐름을 보다 세밀하게 제어하는 등 채널 조정 능력 극대화 시킴 → 높은 전력 효율

 

MBCFET

단면의 지름이 1나노미터 정도로 얇은 와이어 형태의 채널의 경우 충분한 전류를 얻기가 힘든 점을 개선한 것으로, 종이처럼 얇고 긴 모양의 나노시트를 여러장 적층해 성능과 전력효율을 높인 삼성전자의 독자적인 기술

7나노 핀펫 트랜지스터보다도 차지하는 공간을 45% 가량 줄일 수 있으며, 약 50%의 소비전력 절감과 약 35%의 정능 개선 효과가 있을 것으로 기대

설계 유연성, 핀펫 공정과 호환성이 높아 기존 설비와 제조 기술 활용할 수 있음

 

 

적용할 점 (현직자에게 할 질문)

1. 수율 안정을 위해 평가 및 분석 등 품질 직무가 중요할 것 같은데 개발단계에서 제어할 수 있는지, 양산단계에서 제어해야 하는지 궁금하다.

 - 삼성전자의 3나노 미세공정 시험수율은 올해 초까지 10%에서 20% 수준을 유지하다, 최근 상당한 수준을 확보한 것으로 전해졌습니다.

 - 공정 엔지니어도 많이 뽑을 것으로 예상(2022 상반기 다수 채용됨)

 

 

연관기사 링크

삼성전자 GAA 구조 트랜지스터