삼성전자가 하반기부터 초미세공정인 2나노 공정을 활용한 반도체 양산에 집중할 계획이다. 이와 관련해 삼성전자는 게이트올어라운드(GAA)에 사활을 건다. 

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 1분기 파운드리 시장 점유율은 TSMC 67.6%, 삼성전자 7.7%였다. 중국 SMIC는 6%로 삼성전자를 턱밑까지 따라오고 있다. 그렇기 때문에 삼성전자는 3나노 공정에서의 수율 부진을 교훈 삼아 2나노 공정에서는 1위인 TSMC를 추격할 방침이다. 

앞서 삼성전자는 2022년 6월 업계 최초로 3나노 공정에 GAA 기술을 도입했다. 그러나 TSMC에 밀렸다. 삼성전자가 수율을 확보하지 못한 이유는 GAA 구조 복잡성 증가가 주요 원인으로 지목된다. 

GAA는 채널을 4면에서 완전히 감싸 전류 제어 정밀도를 극대화하는 기술로, 핀펫(FinFET) 대비 35% 성능이 향상되고 전력 소모는 50% 감소하는 장점이 있다. 

하지만 양산 과정에서 4면 게이트 형성을 위한 다층 나노시트 적층 공정에서 결함 발생률이 증가했고, 열적 불안정성 문제도 발생했다. 결국 공정 미세화에 따른 수율 문제를 극복하지 못하고 40% 미만의 저조한 수율을 기록했다. 이후 주요 고객사인 퀄컴, 엔비디아 등이 TSMC로 이탈했다. 

그만큼 삼성전자로서는 차세대 공정에서 시장 역전이 필요한 시점이다.

시장도 급성장하고 있는 추세다. 옴디아에 따르면 3나노 이하 파운드리 시장 규모는 연평균 64.8% 성장해 오는 2026년 330억7000만달러에 이를 전망이다. 이처럼 차세대 공정 시장이 급성장할 것으로 예상되는 만큼 삼성전자는 2나노 공정 기술력 확보를 통해 고객 확보가 급하다.

아울러 경계현 사장은 지난해 “삼성전자는 3나노 GAA에서의 기술적 한계를 극복하고 경험을 쌓은 만큼, 2나노 양산에서는 초기부터 안정적인 수율을 확보할 수 있을 것”이라며 “5년 내에 TSMC를 따라잡겠다”고 공개 선언하기도 했다.

한진만 신임 파운드리사업부장(사장)도 지난해 말 임직원에게 보낸 메시지에서 “기회의 창이 닫히기 전에 수율 악순환을 끊어야 한다”며 “2나노 공정(GAA)의 빠른 램프업이 핵심이며 성능·전력·면적(PPA)을 극대화할 수 있도록 모든 병목현상을 점검하고 개선책을 찾겠다”고 언급했다.

GAA 공정은 기술 자체의 완성도뿐 아니라 수율과 생산 효율이 핵심인 셈이다. 아무리 앞선 기술이라도 수율이 낮고 양산 일정이 불확실하면 고객사 입장에서는 채택하기 어렵다. 반대로 수율을 안정화하고 PPA 우위를 입증하면 기술 신뢰 회복과 함께 대형 고객 유치로 연결될 수 있다. GAA는 기술과 수익을 동시에 증명해야 하는 ‘고위험·고수익’ 구조인 셈이다.

삼성전자는 현재 미국 텍사스 테일러 공장에서 2나노 GAA 공정 양산 준비에 속도를 내고 있다. 삼성전자는 올해 하반기 자사 시스템LSI 사업부의 차세대 애플리케이션 프로세서(AP) ‘엑시노스 2600’을 2나노 GAA 공정을 통해 본격 양산할 계획이다.