▶️ GAA를 설명하기 전에

오늘의 주제, GAA에 대해 알아보기 전에 반도체에 대한 기초적인 설명을 먼저 하려고 합니다. 현재 반도체는 5nm 공정까지 발전했는데요. 여기서 5nm는 반도체 안에 들어가는 회로의 폭을 의미하며, 회로의 폭이 가늘수록 반도체의 성능은 더욱 좋아집니다. 5nm는 굉장히 작고 고도의 기술의 필요하기에 현재 대만의 TSMC와 우리나라의 삼성전자만에 생산할 수 있죠. 그런데 최근 TSMC와 삼성전자 모두 3nm, 즉 한 단계 더 발전한 반도체 공정을 개발하겠다고 열을 올리고 있습니다. 두 회사 모두 내년까지 3nm 반도체를 생산하겠다고 발표했습니다. 그러나 3nm 반도체는 크기가 작아서 5nm 반도체와는 또 다른 기술이 필요합니다. 그중 3nm 반도체의 핵심 기술 중 하나로 꼽히는 GAA가 오늘의 주제입니다.

▶️ GAA란?

GAA는 Gate All Around의 약자입니다. 반도체 안에는 전류의 흐름을 조절하는 스위치 역할을 하는 트랜지스터, FET가 들어있는데요. FET는 위 이미지처럼 생겼습니다. 그림에서 보라색 GATE라는 부분과 회색 CHANNEL 부분이 맞닿는 면적이 클수록 전류를 효율적으로 컨트롤하는 트랜지스터가 됩니다. 5nm 반도체까지는 FinFET이라는 지느러미 모양의 트랜지스터를 사용했는데, 이미지를 보시면 CHANNEL의 3면이 GATE와 맞닿는 구조입니다. 그런데 3nm는 크기가 작아지며 FinFET으로는 효율적으로 전류를 조절하기 힘듭니다.

그래서 GAA라는 새로운 트랜지스터의 구조가 등장합니다. GAA 이미지를 보시면 채널의 4면 모두가 GATE와 맞닿는 걸 보실 수 있죠? 그래서 이름이 Gate All Around입니다. 게다가 CHANNEL이 여러 개라 더욱 맞닿는 면적이 늘어납니다. 즉, GAA는 더욱 효율적으로 전류를 컨트롤 할 수 있게 되는 것입니다. GAA를 도입하려면 새로운 반도체 공정이 필요합니다. 반도체 소자의 구조 자체가 달라지기 때문인데요. 따라서 GAA를 도입하려면 많은 노력이 필요하지만, 그럼에도 점점 작아지는 반도체 크기를 고려하면 GAA는 필수적인 기술입니다.

▶️ TSMC가 그리는 3nm 반도체

TSMC는 인텔, 애플 등과 3nm 반도체를 도입하기 위한 설계 검증을 진행하고 있다고 밝혔습니다. 빠르면 2022년 하반기에 3nm 반도체를 양산할 것으로 보이며, 애플의 아이패드에 가장 먼저 3nm 반도체를 적용할 것으로 보입니다. 파운드리 업계에서 어마어마한 점유율을 갖고 있는 TSMC는 그러나 3nm 반도체에 GAA를 도입하지 않을 것으로 예상됩니다. 업계에서는 TSMC가 2nm 반도체부터 GAA를 도입할 것으로 전망하고 있죠. 하지만 TSMC가 마음을 바꾸어 3nm 반도체부터 GAA를 적용할 가능성도 존재합니다.

▶️ 삼성전자가 그리는 3nm 반도체

삼성전자는 미국의 반도체 업체, 시놉시스와 협업해 3nm 반도체부터 GAA를 도입할 것이라고 선언했습니다. 특히나 삼성전자는 MBCFET(Multi Bridge Channel FET)이라는 독자적인 GAA 공정을 개발했는데요. MBCFET은 일반 GAA보다 가로로 넓어 GATE와 CHANNEL이 맞닿는 면적이 더 넓습니다. 위 이미지의 오른쪽 GAA가 삼성전자의 MBCFET입니다. 삼성전자는 GAA 공정을 도입해 TSMC와의 3nm 반도체 경쟁에서 앞선 기술력으로 우위를 점하겠다는 전략을 세운 것으로 보입니다.