“내년 2나노 GAA 공정 본격화”…삼성·TSMC, 승기 누가 먼저 잡을까

"내년 2나노 시작…GAA 주류될 것"
삼성전자, GAA 수율 안정화 주력
TSMC, 수율 60% 넘겨…애플 첫 고객

▲삼성전자 평택캠퍼스 모습. (뉴시스)

글로벌 파운드리 시장에서 선단 공정 경쟁이 심화하고 있다. 내년에는 2나노미터(1㎚=10억분의 1m)급 공정 양산이 본격화하는 만큼, 글로벌 기업들은 시장 조기 선점에 주력할 것으로 보인다. 특히 2나노 시장에서 본격화하는 게이트올어라운드(GAA) 공정 기술을 빠르게 안정화하는 게 관건으로 꼽힌다.

15일 업계에 따르면 삼성전자, TSMC는 내년 2나노 선단 공정을 활용한 양산을 준비하고 있다.

양준모 나노종합기술연구원 책임연구원은 11일 열린 ‘반도체 기술 로드맵’ 포럼에서 소자 및 공정 기술은 내년 2나노급 공정을 시작으로 △2028년 1.5나노급 △2031년 1.0나노급 △2034년 0.7나노급 △2037년 0.5나노급 △2040년 0.3나노급으로 미세 공정이 점진적 발전할 것으로 내다봤다.

특히 2나노 공정부터는 GAA 등 차세대 트랜지스터 기술을 안정적으로 적용하는 게 관건으로 꼽힌다. GAA는 반도체를 구성하는 트랜지스터 게이트(전류가 드나드는 문)와 채널(전류가 흐르는 길)이 닿는 면을 4개로 늘린 공정 기술이다. 닿는 면이 3개였던 핀펫(FinFET)대비 데이터 처리 속도가 빠르고 전력 효율이 높다.

양 책임연구원은 “이를 위해 핀펫 소자 구조에서 GAA 소자 구조로 개발돼야 한다”며 “내년부터는 GAA가 주류가 될 것”이라고 말했다.

삼성전자는 일찍이 2022년 6월 세계 최초로 GAA를 3나노 공정에 선제적으로 도입한 바 있다. 그러나 여전히 해당 공정의 수율(양품 비율) 확보에 난항을 겪고 있는 것으로 알려졌다. 이에 삼성전자는 GAA 안정화를 빠르게 마치고, 2나노부터 본격적으로 적용·양산한다는 목표다.

조직개편을 통해 새 파운드리사업부장에 선임된 한진만 사장은 최근 취임 후 임직원에게 보낸 첫 메시지로 “GAA 공정 전환을 누구보다 먼저 이뤄냈지만, 사업화에 있어서 아직 부족함이 너무 많다”며 2나노 공정의 빠른 램프업(생산능력 증가)을 주문하기도 했다.

삼성전자는 GAA와 더불어 차세대 기술인 후면전력공급(BSPDN) 기술도 2027년까지 개발을 마쳐 2나노 공정 시장에서 승기를 확실히 잡겠다는 목표다. BSPDN은 전류 배선층을 웨이퍼 후면에 배치해 전력과 신호 라인의 병목 현상을 개선하는 기술로, 데이터와 전력 전송 효율을 높일 수 있다.

▲대만 TSMC (연합뉴스)

TSMC 역시 내년 2나노 공정 양산에 들어갈 예정이다. 현재 TSMC의 2나노 공정 제품 시험생산 수율이 60%를 넘은 것으로 알려졌다. 업계에서는 통상 60% 이상의 수율을 확보해야 안정적으로 납품할 수 있다고 보고 있다. 애플이 TSMC의 2나노 공정 주문을 모두 예약한 것으로 알려졌다.

이에 TSMC는 북부 신주과학단지에서 시험 생산하고 있는 2나노 기술을 현재 건설하고 있는 남부 가오슝 공장으로 옮겨 내년부터 양산할 예정이다. 가오슝 난쯔 과학단지 내 2나노 1, 2공장은 각각 내년 1분기와 3분기에 운영할 계획이다.

최근 모리스 창 TSMC 창업자는 자신의 자서전 출판 기념회에서 삼성전자 공정 기술을 거론하며 “현재 기술상 일부 문제가 있다”며 공개적으로 저격하면서 신경전을 벌이기도 했다. 삼성전자의 GAA 공정의 수율 부진 문제를 지적한 것으로 해석된다.

이어 그는 “TSMC에는 경쟁자가 없다. 전 세계 AI 반도체 고객의 제품을 예정대로 출시할 것”이라고 강조했다.

한편 시장조사업체 트렌드포스에 따르면 3분기 파운드리 시장에서 TSMC는 64.9% 점유율로 1위를 이어갔다. 삼성전자는 9.3%로 2위에 머물렀다.