삼성전자가 준비중인 GAA공정이란 무엇일까?

반도체 파운드리의 GAA공정이란?

GAA 공정의 정의

GAA (Gate-All-Around) 공정은 반도체 파운드리에서 사용되는 최신 트랜지스터 구조입니다. 기존의 FinFET (Fin Field Effect Transistor) 공정에서 발전한 것으로, 트랜지스터 게이트가 채널 전체를 감싸는 형태를 취합니다. 이로 인해, 전자의 이동이 게이트의 제어 하에 더욱 효율적으로 이루어집니다.

 

GAA 공정의 역사

GAA 공정은 2000년대 초반부터 연구되어 왔습니다. 그러나 당시에는 제조 기술의 한계로 인해 대량 생산에 적합하지 않았습니다. 2010년대에 들어서야 FinFET 공정의 한계가 도래하면서, GAA 공정이 산업계의 주목을 받기 시작했습니다.

GAA와 FinFET의 차이점

GAA 공정과 FinFET 공정의 가장 큰 차이점은 게이트 구조입니다. FinFET은 채널의 양쪽에서 게이트를 구성하여 전자의 이동을 제어하지만, GAA는 게이트가 채널 전체를 감싸 전자의 이동을 더욱 효율적으로 제어할 수 있습니다.

 

GAA 프로세스의 장점

전력 소비 감소

GAA 공정의 가장 큰 장점 중 하나는 전력 소비를 줄일 수 있다는 점입니다. 게이트가 전체 채널을 둘러싸고 있기 때문에 전자 이동을 보다 효율적으로 제어할 수 있어 누설 전류와 전체 전력 소비를 줄일 수 있습니다.

성능 향상

GAA 공정의 또 다른 장점은 성능 향상입니다. 전자 이동에 대한 제어가 향상되어 전류 흐름이 개선되므로 특히 고성능 컴퓨팅 및 모바일 장치에서 성능이 향상됩니다.

공간 활용 효율성

GAA 공정은 또한 더 나은 공간 활용을 가능하게 합니다. 게이트가 채널을 둘러싸고 있기 때문에 트랜지스터를 더 작게 만들 수 있어 주어진 면적에 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있습니다. 그 결과 트랜지스터 밀도가 높아져 성능이 향상되고 칩이 더 강력해집니다.

GAA 공정의 단점

제조 복잡성

GAA 공정의 주요 단점 중 하나는 제조 복잡성입니다. 이 공정은 고급 리소그래피 기술과 재료에 대한 정밀한 제어가 필요하기 때문에 기존 FinFET 공정에 비해 제조가 더 어렵습니다.

비용 문제

GAA 공정의 또 다른 단점은 비용 증가입니다. 제조 공정이 복잡하고 특수 장비가 필요하기 때문에 GAA 기반 칩은 FinFET 칩보다 생산 비용이 더 비쌀 수 있습니다.

GAA 공정의 주요 기술

나노시트 트랜지스터

나노시트 트랜지스터는 GAA 공정에서 핵심적인 기술입니다. 이 트랜지스터는 여러 층의 반도체 재료로 구성되며 게이트가 각 층을 감싸고 있습니다. 이 설계를 통해 전자 이동에 대한 제어를 강화하고 성능을 개선할 수 있습니다.

MBCFET

MBCFET(멀티 브리지 채널 FET)는 GAA 공정의 또 다른 핵심 기술입니다. 이 기술은 FinFET과 GAA 공정의 장점을 결합하여 향상된 성능과 낮은 전력 소비를 제공합니다. MBCFET는 더 축소할 수 있어 트랜지스터 밀도를 더욱 높일 수 있습니다.

삼성과 TSMC의 GAA 공정 전략

선도적인 반도체 제조업체인 삼성과 TSMC는 모두 GAA 공정 개발에 많은 투자를 해왔습니다. 삼성은 2023년에 첫 GAA 기반 칩을 출시할 계획이며, TSMC는 같은 해에 GAA 기반 칩의 양산을 시작하는 것을 목표로 하고 있습니다. 두 회사는 이 새로운 기술 분야에서 치열한 경쟁을 벌일 것으로 예상됩니다.

GAA 공정의 미래

신소재 개발

GAA 공정의 미래에는 성능과 전력 효율을 더욱 개선하기 위한 신소재 개발이 포함될 가능성이 높습니다. 그래핀 및 2D 재료와 같은 재료는 GAA 기반 트랜지스터의 성능을 향상시킬 수 있는 가능성을 보여줍니다.

향상된 제조 기술

GAA 공정이 널리 채택됨에 따라 제조 기술의 발전도 기대할 수 있습니다. 이러한 개선은 공정의 복잡성과 비용을 줄이는 데 도움이 되어 더 광범위한 애플리케이션에 더 쉽게 접근할 수 있게 될 것입니다.

결론

GAA 공정은 성능 향상, 전력 소비 감소, 공간 활용도 향상을 제공하는 반도체 기술의 중요한 진전을 의미합니다. 업계가 가능성의 한계를 계속 넓혀감에 따라 GAA 공정은 미래 전자 기기 개발에 중요한 역할을 할 것입니다.