TSMC, 29일부터 3나노 반도체 양산…삼성 이어 두번째

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TSMC, 29일부터 3나노 반도체 양산…삼성 이어 두번째

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세계 최대 파운드리 업체 TSMC가 오는 29일 대만 공장에서 최첨단 3나노미터(nm) 공정 기반의 반도체 양산을 시작한다. TSMC의 3나노 공정 칩 양산은 지난 6월 삼성전자에 이어 두번째다.
경제일보 등 대만언론에 따르면 TSMC는 오는 29일 남부 타이난의 남부과학단지 내 18 팹(공장)에서 3나노 칩 양산 기념 행사를 개최하고 향후 계획 등을 설명할 예정이다.

18팹은 12인치(300mm) 웨이퍼 공장으로 5나노 반도체를 생산해 왔으나, 이번에 5~9기 라인을 추가하면서 3나노 반도체 생산에 나섰다. TSMC는 내년부터 3나노 2세대 공정(N3E)을 적용할 예정이며, 대량 생산에서 현재 보다 나은 공정 수율로 효과적인 제품을 생산할 계획이다.
대만 현지에서는 TSMC가 신기술 도입을 통한 양산 기념식을 개최하는 것을 두고 이례적이라고 평가했다. 이를 두고 경제일보, 타이완뉴스 등은 "TSMC가 최근 제조시설을 미국 등 해외로 확장하는 계획에 대해 반도체 우위를 잃을 수 있다는 업계의 우려를 불식시키고자 기념식을 개최하는 것"이라고 언급했다.
TSMC는 최근 미국 애리조나 공장 2곳에 대한 투자를 400억 달러(약 51조원)로 늘렸다. 애리조나 팹에서는 3나노, 4나노 칩을 제조할 계획이며, 4나노 칩은 2024년 양산을 목표로 한다.
TSMC는 일본에도 12나노, 16나노, 22나노, 28나노 공정의 반도체를 생산하는 새로운 팹을 짓고 있으며, 2024년 가동될 예정이다. 뿐만 아니라 TSMC는 독일 드레스덴에 자동차 산업을 위한 구형 22나노, 28나노 반도체를 생산할 유럽 최초의 팹 건설을 고려하고 있는 것으로 지난 23일 현지 언론으로부터 알려졌다.

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결국 TSMC도 3나노 양산화 하는구나
 

 

*GAA vs FinFET

*FinFET
: 트랜지스터는 반도체를 구성하는 핵심 소자 중 하나로, 전류의 흐름을 컨트롤하는 역할을 한다. 트랜지스터를 구성하는 게이트(Gate)에 전압을 가하면, 소스(Source)와 드레인(Drain)으로 전류가 흐르면서 동작하는 방식인데, 초미세공정을 구현하려면 이같은 트랜지스터 또한 점점 작아져야 했다.
트랜지스터의 크기를 계속해서 줄이다 보면, 소스와 드레인 사이 거리도 그만큼 가까워져 게이트가 제 역할을 하지 못하고 누설전류를 발생시키는 단채널(Short Channel) 현상이 나타난다. 이를 개선하기 위해 3차원(3D) 구조의 공정기술인 핀펫(FinFET)공정이 개발됐다.
핀펫은 게이트와 채널 간 접하는 면적이 넓을수록 효율이 높아지는 점에 착안해 만들어진 구조다. 게이트와 채널이 3면에서 맞닿는 구조로, 접하는 면적을 키워 평면(2D) 구조의 트랜지스터가 갖는 기술적 한계를 극복하는 방식이다. 이러한 핀펫 트랜지스터는 현재 5나노 첨단 공정에서 활용되고 있지만, 4나노 이하 공정에서는 핀펫 구조로도 더는 동작 전압을 줄일 수 없는 한계가 발생한다.
 
*GAA (Gate-All-Around)
삼성전자는 트랜지스터 구조를 또 한 번 바꿔 한계를 극복하고자 한다. 차세대 3나노 이하 공정에 적용할 GAA(Gate-All-Around) 기술이다. GAA 구조의 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널의 4면을 모두 게이트가 감싸고 있기 때문에 전류 흐름을 세밀하게 제어할 수 있어, 앞서 언급한 핀 트랜지스터의 한계를 극복할 수 있다.
삼성전자 관계자는 “단면 지름이 1나노미터 정도로 얇은 와이어(Wire) 형태의 채널은 충분한 전류를 얻기 힘든데, GAA 구조의 트랜지터스는 종이처럼 얇고 긴 나노(Nano Sheet)를 여러 장 적층하는 방식으로 반도체 성능과 전력 효율을 높인다"며 "이것이 삼성전자의 독자 기술인 MBCFET™(Multi Bridge Channel FET)로, 나노시트 너비도 조절이 가능해 높은 설계적 유연성을 지녔다”고 설명했다.
 
-> 결국 GAA는 FinFET의 트랜지스터 소자의 Gate length를 줄이면서 누설 전류가 커지고 단채널 효과가 나타내는 부작용을 극복하기 위해 나온 더 발전된 기술이라는 것!
 
 
그나마 희소식은 TSMC에서 3나노를 핀펫으로 생산하는데, 2나노로 가면서 결국 GAA 기술을 도입할 수 밖에 없을 것이란 것. 따라서 삼성이 3나노부터 GAA 기술을 도입했으니 기술적으로는 조금이나마 우위라는 것!