5나노 파운드리 공정 개발 삼성전자…TSMC와 미세공정 '격돌'

7나노 EUV 이어 5나노 EUV서도 맞불


[아이뉴스24 윤선훈 기자] 삼성전자가 5나노(㎚) 파운드리 공정 개발에 성공했다고 16일 발표했다. 대만 TSMC가 최근 5나노 공정에 활용할 시스템반도체 설계 플랫폼 제작 완료를 발표한 후 불과 며칠이 지나서다. 파운드리 업계 선두 기업들의 미세공정 기술 경쟁이 더욱 치열해지는 모습이다.

삼성전자는 이날 EUV(극자외선) 기술을 바탕으로 한 5나노 공정 개발을 완료했다고 발표했다. 삼성전자는 이번에 개발한 5나노 공정이 셀 설계 최적화를 통해 기존 7나노 공정 대비 로직 면적을 25% 줄일 수 있으며, 20% 향상된 전력 효율 또는 10% 향상된 성능을 제공한다고 강조했다.

초미세 공정의 바탕이 된 EUV(극자외선) 기술은 기존 불화아르곤(ArF)보다 파장의 길이가 짧은 EUV 광원을 사용해 보다 세밀한 반도체 회로를 구현할 수 있는 것이 특징이다. 회로를 새기는 작업을 반복하는 멀티 패터닝(Multi-Patterning) 공정을 줄여 성능과 수율을 높일 수 있다.

삼성전자 화성 EUV 라인의 모습. [출처=삼성전자]

삼성전자는 지난해 10월 7나노 EUV 파운드리 양산 공정 개발을 완료하고 생산에 착수했다고 밝힌 바 있다. 6개월만에 5나노 EUV 공정까지 개발하면서 반도체 미세공정화에 엄청난 속도를 내고 있다.

앞서 파운드리 시장점유율 1위 업체인 TSMC는 5나노 EUV 공정에 활용할 시스템반도체 설계 플랫폼 '오픈 이노베이션 플랫폼(OIP)' 제작을 완료했다. TSMC가 5나노 공정 설계 인프라를 갖추면서 업계에서는 TSMC의 5나노 설비 구축이 완료 단계에 다다른 것으로 보고 있다. 이러한 상황에서 삼성전자가 5나노 공정 개발 성공을 발표하면서 두 업체 간 경쟁이 가열되는 모양새다.

5나노 공정은 반도체 설계 회로 사이의 5㎚로 구현하는 초미세 공정이다. 회로 사이 간격이 좁을수록 반도체 칩의 면적은 줄어들고, 담기는 정보의 양도 많아진다. 그만큼 성능 향상을 기대할 수 있다. 반도체 업체들이 미세공정에 열을 올리는 것은 AI·5G 등 미래 기술에 빠른 데이터 처리가 필수가 되면서 그만큼 더욱 많은 정보를 효율적으로 처리할 수 있는 하드웨어에 대한 수요가 늘어날 것으로 보기 때문이다.

양사의 경쟁은 7나노 EUV 공정에서도 격화되는 모습이다. 삼성전자는 이날 EUV 공정을 적용한 7나노 제품 양산을 이달 중에 본격화할 계획이라고 밝혔다. 삼성전자는 올해 초 업계 최초로 해당 제품 양산을 시작했다고 발표한 바 있다. 6나노 공정 기반 제품에 대해서는 대형 고객과 생산 협의를 진행하고 있으며, 올해 하반기 양산할 예정라고 전했다.

TSMC의 경우 7나노 EUV 공정으로 화웨이의 차기 AP인 '기린 985'를 올 하반기 생산할 예정이다. '기린 985'는 화웨이의 차기 플래그십 스마트폰인 '메이트 30'에 탑재될 가능성이 제기되고 있다. 메이트 30은 하반기 중 출시가 유력하다. 올해 하반기부터는 양사의 7나노 EUV 기술 적용 제품 간 신경전이 본격적으로 불붙을 것이라는 얘기다.

지난해부터는 3나노 공정도 거론되고 있다. 포문은 삼성전자가 열었다. 삼성전자는 2020년까지 3나노 EUV 공정을 개발하겠다고 밝혔다. 정은승 삼성전자 파운드리사업부 사장은 지난해 12월 열린 국제반도체소자학회에서 "3나노 공정 성능 검증을 마치고 기술 완성도를 높이는 중"이라고 언급했다.

삼성전자는 3나노 공정에 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터 구조를 적용할 예정이다. GAA는 차세대 트랜지스터 구조로, 채널의 3면을 게이트가 감싸는 기존 핀펫과 달리 4면 모두 게이트가 감싸 더욱 세밀하게 전류의 흐름을 제어할 수 있는 것이 특징이다.

배영창 삼성전자 파운드리사업부 전략마케팅팀 부사장은 "삼성전자의 EUV 기반 최첨단 공정은 성능과 IP 등에서 다양한 강점을 가지고 있어 5G, AI, 전장 등 신규 응용처를 중심으로 높은 수요가 예상된다"며 "향후에도 첨단 공정 솔루션으로 미래 시스템 반도체 산업을 이끌어 나갈 것"이라고 말했다.

한편 올 1분기 파운드리 시장에서는 TSMC가 48.1%의 점유율로 부동의 1위를 질주했다. 삼성전자가 19.1%의 점유율로 2위에 올랐는데, 지난해 점유율이 4위였던 것에 견줘 볼 때 빠른 성장세를 보였다. 3위인 글로벌파운드리(8.4%)와의 격차를 10% 이상으로 벌렸다.

윤선훈기자 krel@inews24.com

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