파운드리 절대 강자 TSMC와 미세공정 불꽃 대결
세계 파운드리(반도체 위탁생산) 업계 1위 대만 TSMC를 맹추격 중인 삼성전자가 3나노미터(nmㆍ10억분의 1m) 공정개발 속도를 높이고 있다. 삼성전자는 7나노 공정 양산이 TSMC에 뒤졌지만 3나노에서는 역전을 노린다.
삼성전자 파운드리 사업부장 정은승(사진) 사장은 3일(현지시간) 미국 샌프란시스코에서 개최된 국제반도체소자학회(IEDM)에서 4차 산업혁명과 파운드리를 주제로 기조연설을 하며 “3나노 공정 성능 검증을 마치고 기술 완성도를 높여가는 중”이라고 밝혔다.
지난 5월 미국 산타클라라 메리어트 호텔에서 ‘삼성 파운드리 포럼 2018’을 통해 3나노 공정 로드맵을 발표한 이후 삼성전자가 3나노 진척 상황에 대해 공식적으로 언급한 것은 처음이다.
삼성전자는 지난달 극자외선(EUV) 노광 장비를 이용한 7나노 제품 양산을 시작했다. 회로 선폭을 7나노미터 수준으로 미세화한 공정에 EUV 장비를 도입한 것은 삼성전자가 업계에서 첫 번째다. 내년에 4나노까지 완성하고 2020년에는 3나노 공정 개발을 끝내는 게 삼성전자의 목표다. 3나노 공정에는 기존 핀펫 구조와 다른 GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터 구조가 적용된다. GAA는 전류의 흐름을 보다 세밀하게 제어할 수 있다.
TSMC는 EUV를 사용하지 않는 7나노 공정을 먼저 완성해 애플 아이폰XS용 칩셋을 이미 생산 중이다. 지난달 대만에서 개최한 투자설명회에서 TSMC는 올해 3분기 7나노 공정 매출이 286억4000만 달러라고 밝혔다. 2분기까지는 7나노 공정 매출이 없었다.
TSMC의 3나노 양산 목표는 2002년, 2나노는 2025년이다. 7나노까지 EUV 장비를 사용하지 않은 TSMC도 내년에 시작하는 5나노 공정에는 EUV 장비를 도입할 예정이다.
로드맵상으로 삼성전자와 TSMC의 3나노 공정은 2020년에 격돌할 가능성이 높다. 반도체는 공정이 미세해질수록 칩 크기가 줄어들고 전력 효율이 높아진다. 반면 패턴을 새기기가 어렵고 회로 간섭이 심해지기 때문에 더욱 고난도 기술이 요구된다. 불화아르곤(ArF) 광원을 사용하는 기존 노광 공정 대신 EUV 노광 기술을 사용하는 것도 같은 이유다.
현재 7나노 공정에서 TSMC와 맞대결이 가능한 것은 업계 4위인 삼성전자뿐이다. 2위인 미국의 글로벌 파운드리는 막대한 투자와 기술 난이도를 이유로 7나노 이하 공정에 백기를 들었다. 3위 대만 UMC도 7나도 공정 발표가 없다.
반도체 업계에서는 미세공정의 벽을 먼저 넘은 업체가 최첨단 제품을 원하는 고객사를 선점해왔다. TSMC가 매출액 기준 50%대 시장 점유율을 유지하는 원동력도 한발 앞선 기술 개발이었다. 삼성전자로서는 3나노를 먼저 선보여야 올해 상반기 기준 7%대인 점유율을 획기적으로 끌어올릴 수 있다.
한편 정은승 사장은 올해 IEDM에서 “반도체 업계의 다양한 기술 성과는 장비와 재료 분야의 협력 없이는 불가능했다”면서 “앞으로도 업계, 연구소, 학계의 경계 없는 협력이 반드시 필요하다”고 강조했다.
‘삼성전자 파운드리 에코시스템’(SAFE)을 통해 첨단 공정 생태계를 강화하겠다는 의미다. SAFE는 삼성전자와 파트너, 고객 사이의 협력을 강화해 뛰어난 제품을 효과적으로 설계할 수 있도록 돕는 프로그램이다.
김창훈 기자 chkim@hankookilbo.com
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