삼성전자가 세계서 처음 GAA(Gate-All-Around) 기술을 적용한 3nm(나노미터) 파운드리 공정 초도 양산을 시작했다. 기존 핀펫 구조는 전류가 흐르는 채널을 게이트가 3면에서 제어한다면, GAA는 4면에서 제어하는 기술이다. 

이를 통해 시스템 반도체 평가 척도인 PPA(소비전력⋅성능⋅면적) 수치를 극대화 할 수 있다. 

삼성전자는 GAA 기술을 이용해 3nm급 고성능 컴퓨팅용 시스템 반도체를 초도 양산한다고 30일 밝혔다. GAA는 삼성전자가 대만 TSMC를 따라잡기 위해 반도체 업계서 처음 양산을 시도하는 기술이다. 

TSMC가 2nm 제품부터 GAA를 시도하겠다고 밝힌 것과 달리, 삼성전자는 한 발 앞서 GAA를 도입키로 했다.

반도체를 구성하는 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널을 게이트가 어떻게 제어하느냐가 관건이다. 과거에는 2차원 평면으로 맞닿은 게이트가 채널을 제어했으나, 선폭이 좁혀짐에 따라 게이트가 점점 더 채널을 제어하기가 어려워졌다. 이에 채널을 3면에서 제어하는 핀펫 구조가 도출됐고, 이번에 삼성전자가 양산한 GAA는 게이트가 4면에서 채널을 감싼 형태다. 

덕분에 채널을 효과적으로 제어할 수 있다. 물이 흐르는 고무호스를 손으로 감싸 쥐어 물의 흐름을 막기 위해서는 더 많은 손을 동원할수록 유리한 것과 같은 이치다. 

특히 삼성전자는 일반적 형태의 GAA 구조가 아닌, 채널을 얇고 넓은 형태의 나노시트로 구현한 MBCFET(Multi-Bridge Channel Field Effect Transistor)을 적용했다. 이는 채널이 게이트와 닿는 면적을 넓힘으로써 게이트가 더 효율적으로 전류 흐름을 제어할 수 있게 한다.  

삼성전자 3나노 GAA 1세대 공정은 기존 5나노 핀펫 공정과 비교해 전력 45% 절감, 성능 23% 향상, 면적 16% 축소되었고, 이어 GAA 2세대 공정은 전력 50% 절감, 성능 30% 향상, 면적 35%가 축소된다고 밝혔다. 

 삼성전자는 향후 모바일 SoC(시스템온칩) 등으로 GAA 기술 적용을 확대해 나갈 예정이다. 

최시영 삼성전자 파운드리사업부장(사장)은 "삼성전자는 파운드리 업계 최초로 '하이-케이 메탈 게이트(High-K Metal Gate)', 핀펫, EUV(극자외선) 등 신기술을 선제적으로 도입하며 빠르게 성장해 왔고, 이번에 MBCFET GAA기술을 적용한 3나노 공정의 파운드리 서비스 또한 세계 최초로 제공하게 됐다"고 말했다.