삼성·TSMC·GF…7나노 공정 앞둔 파운드리 경쟁

[아이뉴스24 김문기기자] 파운드리 업계 1위를 고수하려는 TSMC와 이를 추격하는 삼성전자, 글로벌파운드리(GF) 등 내년 7나노 공정 돌입을 앞두고 치열한 경쟁 양상을 보이고 있다. 모바일뿐만 아니라 사물인터넷(IoT)과 자율주행차 등 신사업 분야의 확장이 예견된 만큼 전체적인 반도체 시장 성장률도 고공행진 중이다.

27일 업계에 따르면 삼성전자는 10나노(nm) 핀펫 공정의 조기 상용화에 이어, 고도화 작업을 병행하는 한편, 7나노 공정 도입 전 8나노 핀펫 공정을 통해 고객사를 선점하겠다는 전략이다. TSMC는 본래 계획보다 앞당겨 7나노 시험 생산에 돌입, 2018년 양산을 시작할 계획이다. GF는 미세공정화뿐만 아니라 사업을 다각화한다.

'미세공정화'는 그간 반도체 업계의 화두였다. 미세공정화는 반도체의 회로를 구성하는 트랜지스터 소자의 선폭을 줄이는 작업이다. 숫자가 아래로 내려갈수록 더 높은 기술력을 요구한다. 대신 미세화에 따라 성능과 전력, 면적효율이 증가한다.

삼성전자는 지난해 양산을 시작한 10나노 핀펫 1세대 공정(LPE)을 고도화할 방침이다. 10나노 공정의 수명을 늘려 고객사 유치에 만전을 기하고 있다. 올해 연말 10나노 2세대 공정(LPP)을 도입해 양산을 시작하고, 내년에는 3세대 공정(LPU)까지 올린다.

윤종식 삼성전자 시스템LSI사업부 파운드리 사업팀장 부사장은 "삼성의 10나노 LPE는 파운드리 업계의 판을 바꿀 수 있다"며, "10나노 LPE 버전에 이어 10나노 LPP와 LPU로 각각 연말과 내년에 대량 생산에 들어갈 것"이라 설명했다.

삼성전자의 10나노 공정 고도화에 대해 업계에서는 이미 앞선 공정에 대한 수명을 늘려 최대한의 수익을 확보 하겠다는 전략으로 풀이하고 있다. 자체적인 성능을 높이면서도 생산원가를 낮출 수 있다. 수율 안정성도 높일 수 있다.

증권가에 따르면 삼성전자가 시스템LSI 생산능력(Capa)을 늘리기 위해 경기도 화성에 신규 공장을 착공한다. 업계에서는 17라인 옆 주차장 공간을 가리켰다. 다만, 삼성전자 측은 검토 중인 단계로 정확한 계획은 없다는 입장이다.

내년 삼성전자는 7나노 공정 양산에 돌입한다. 삼성전자는 지난 1월 실적보고를 통해 7나노 양산을 위한 극자외선 노광장비(EUV)를 활용하겠다고 밝혔다. 빛을 이용해 회로를 웨이퍼에 프린팅할 수 있는 장비다. 공정 수를 줄일 뿐만 아니라 미세한 회로 구현도 가능하다. 그만큼 고가다. 장비 한 대당 약 2000억원대에 달한다.

당초 EUV 도입에 대해 업계에서는 5나노 공정에 투입될 가능성을 거론해왔다. 인텔과 TSMC는 2019년 양산을 시작할 5나노미터 공정에 EUV 도입을 계획 중이었다. 하지만 미세 공정에서 승기를 잡은 삼성전자가 7나노 공정에서부터 EUV 도입을 선언하자, TSMC도 방향을 선회해 7나노 공정에 투입하기로 했다.

삼성전자는 최근 반도체 생산 로드맵에 8나노와 6나노 공정 기술을 추가했다. 정확한 로드맵은 오는 5월 24일 미국에서 개최되는 '삼성 파운드리 포럼'에서 공개된다. 10나노 공정을 보다 고도화한 8나노 공정으로 고객사들의 다양한 요구를 수용하는 한편, EUV 도입에 따른 7나노와 6나노 공정으로 5나노에 이르는 길목을 잡을 계획이다.

TSMC는 삼성전자보다 늦은 올해 상반기 10나노 핀펫 공정 양산에 돌입한다. 이를 만회하기 위해 TSMC는 2019년 5나노 공정을 누구보다 빠르게 도입하겠다는 계획을 수립했다.

최근 EUV 장비의 양산능력이 강화됨에 따라 당초 계획을 앞당겨 EUV를 도입한 7나노 양산을 내년부터 시작한다고 밝혔다. 내년 하반기 시험생산 일정을 내년 1분기로 앞당겼다.

최근에는 미디어텍과 7나노 공정 시험 양산을 진행할 것이라 알려졌다. 삼성전자와 같은 시기에 양산이 시작되겠지만 같은 공정 내에서도 세대를 앞당기겠다는 게 TSMC의 계획이다.

TSMC는 사업 다각화와 고객사 유치를 위해 기존 로드맵을 수정해 12나노와 22나노 공정을 추가했다. 12나노는 10나노 공정에, 22나노는 완전 공핍형 실리콘-온-인슐레이터(FD-SOI)에 대응하기 위함이다.

글로벌파운드리(GF)는 삼성전자, TSMC와는 다른 길을 걸을 방침이다. 7나노 EUV 도입 대신 멀티패터닝 기술을 응용할 방침이다. 사업 다각화를 위해 FD-SOI 공정 양산에 힘을 쏟고 있다. 사물인터넷 등 신사업 측면에서의 점유율 확대 전략이다.

최근 GF는 중국과 합작으로 100억 달러(한화 약 11조1천400억원)를 투자해 중국 청두에 반도체 공장을 설립한다. 이곳에서는 2019년부터 FD-SOI 공정 양산이 시작된다.

GF는 앞서 독일 드레스덴 1공장에 22나노 FD-SOI 공정을 적용한 바 있다. 드레스덴 공장에서는 미세화를 거친 12나노 FD-SOI 공정 도입을 위한 연구개발도 병행되고 있다.