• 3nm급부터 TSMC·삼성전자 본격 경쟁
  EUV 이어 GAA가 新진입장벽 예고

삼성전자 평택캠퍼스. [삼성전자 제공]

[헤럴드경제 = 김상수 기자]미래 반도체 시장 주도권을 두고 GAA(Gate All Around) 기술 상용화 경쟁이 치열하다. 반도체 패권 승자를 예측하고 싶다면, GAA 경쟁을 주목해야 한단 의미다. 삼성전자 투자자라면, 꼭 숙지해야 할 투자 포인트이기도 하다.

반도체, 그중에서도 가장 치열한 파운드리 시장은 대표적으로 진입장벽이 높은 시장이다. 막대한 자본력이 없다면 진입 자체가 불가능하다. 메모리 분야와 달리 파운드리는 주문에 따른 맞춤형 생산 구조이기 때문에, 일단 대규모 수주를 마련해야만 투자할 수 있는 구조다.

7nm(나노미터, 10억분의 1m) 공정에서부턴 EUV(Extreme Ultraviolet, 극자외선 노광장비) 장비가 필수인데, 장비 한 대 가격만 약 2000억원에 이른다. 전용 인프라도 필요하고 ASML이 독점생산하기 때문에 이미 장기계약도 끝나 돈이 있어도 살 수가 없다.

2019년부터 도입된 EUV가 사실상 파운드리 시장의 진입장벽이었고, 이를 통과한 업체는 삼성전자와 TSMC 둘뿐이다. ‘막차’는 인텔 정도로, 2023년를 목표로 두고 있다.

EUV를 뒤이어 새로운, 더 거대한 진입장벽으로 예고되는 게 바로 GAA다. GAA는 요약하자면, 반도체 트랜지스터 구조를 개선한 차세대 공정 기술이다.

트랜지스터는 반도체를 구성하는 주요 소자로, 전류 흐름을 조절하는 스위치 격이다. 반도체 칩 하나에 트랜지스터가 수천만, 수억개가 들어간다.

[출처 삼성반도체 이야기]

트랜지스터 성능을 향상하려면, 구조물 간 접촉 면적 크기를 키워야 하는데, 현재 적용되고 있는 기술은 핀펫(FinFET)으로, 구조가 물고기 지느러미(Fin)을 닮았다고 해서 붙여진 이름이다. 하지만, 이 방식으론 4nm 이후 공정엔 적용이 어렵다는 게 한계로 지목됐다. 그래서 4개면이 모두 맞닿는 형태로 진화시킨 게 GAA다.

다소 복잡하지만, 4nm 이후 공정 경쟁에선 결국 GAA가 불가피하다는 게 핵심이다. 현재 삼성전자와 TSMC 모두 내년 하반기께 3nm까지 목표를 잡고 있다. TSMC는 이미 제품 테스트에 돌입, 현재로선 삼성전자보다 시기상 한발 앞선 것으로 알려졌다.

다만 GAA 전략은 또 다르다. 삼성전자는 내년 하반기부터 3nm에 GAA를 도입하기로 했고, TSMC는 2023년 하반기부터 도입 시기를 늦췄다.

양사의 3nm 전략이 갈리는 시점이다. TSMC로선 기존 우위를 유지한 상태에서 3nm 경쟁에 나서는 전략이고, 삼성전자는 위험을 감수하더라도 아예 차세대 공정을 선도입, 반격을 꾀하겠다는 전략이다. 삼성전자는 이를 앞두고 GAA 독자기술, ‘MBCFET’까지 개발했다.

삼성전자의 승부수가 통할지 여부는 결국 GAA 공정 도입 성공 여부에 달렸다. TSMC로서도 상당히 민감할 수밖에 없다. 최근 대만 시장조사업체 디지타임즈리서치에서 “삼성전자가 2023년까지 3nm GAA 공정을 대량 생산으로 전환하기 힘들 것”이라고 밝혔다. 일종의 물밑 신경전 격이다.

현재까진 2강 구도이지만, 인텔도 GAA에 뛰어들겠다고 선언한 상태다. 인텔은 내년부터 EUV를 도입, 4nm에 진입하고 이후 2024년 하반기 2nm 공정에 자체 GAA 기술 ‘리본펫(RibbonFET)’을 도입하겠다고 밝혔다. 현재까진 워낙 2강과의 격차가 커 시장 반응은 냉담한 편이다. 하지만 미국이 정부 차원에서 대규모 투자 및 지원을 예고하고 있다는 건 변수로 꼽힌다.