삼성 파운드리 진화 속도 빠르다

삼성전자가 파운드리(반도체 위탁생산) 분야에서 빠른 기술적 진보를 이루며 대만의 TSMC를 맹추격하고 있다. 반면 TSMC는 2나노미터(nm) 이하 공정 계획에 차질을 빚으면서 삐거덕거리는 분위기다.

삼성전자가 19일(현지시간) 글로벌 자동차 산업의 메카 유럽(독일 뮌헨)에서 '삼성 파운드리 포럼 2023'을 개최하고, 최첨단 공정 로드맵과 전장 등 응용처별 파운드리 전략을 공개했다.

이날 삼성전자는 최첨단 2나노 공정부터 8인치 웨이퍼를 활용한 레거시 공정에 이르기까지 다양한 맞춤형 솔루션을 선보였다. 삼성전자 파운드리사업부 최시영 사장은 “차량용 반도체 시장에 최적화된 공정을 적기에 개발해 자율주행 단계별 인공지능(AI) 반도체부터 전력반도체, MCU(Micro Controller Unit) 등을 고객 요구에 맞춰 양산해 나갈 계획”이라며 “삼성전자만의 차별화된 파운드리 솔루션으로 전기차와 자율주행차 시대를 선도해 나갈 것”이라고 했다. 

◇ 5나노 eMRAM 개발, BCD 공정 확대로 전장 솔루션 강화

삼성전자는 최첨단 2나노 전장 솔루션 양산 준비를 2026년 완료하고, 차세대 eMRAM(embedded Magnetic Random Access Memory·내장형 MRAM)과 8인치 BCD 공정 포트폴리오를 확대한다.
삼성전자는 이번 포럼에서 업계 최초로 5나노 eMRAM 개발 계획을 밝히는 등 차세대 전장 파운드리 기술을 선도하겠다는 포부를 밝혔다. eMRAM은 빠른 읽기와 쓰기 속도를 기반으로 높은 온도에서도 안정적으로 동작 가능한 전장용 차세대 핵심 메모리 반도체이다.

삼성전자는 2019년 업계 최초로 28나노 FD-SOI(완전공핍형 실리콘 온 인슐레이터) 공정 기반 eMRAM을 탑재한 제품을 양산한 바 있다. 현재 내년 완료를 목표로 AEC-Q100 Grade 1에 맞춰 핀펫(FinFET) 공정 기반 14나노 eMRAM을 개발 중이다. 

또한 2026년 8나노·2027년 5나노까지 eMRAM 포트폴리오를 확대할 계획이다. 8나노 eMRAM의 경우 이전 14나노 대비 집적도 30%, 속도 33%가 증가할 것으로 기대된다.

삼성전자는 8인치 BCD 공정 포트폴리오도 강화한다. 현재 양산중인 130나노 전장 BCD 공정을 2025년 90나노까지 확대하며, 90나노 전장 BCD 공정은 130나노 대비 약 20% 칩 면적 감소가 기대된다. 

또한 DTI(Deep Trench Isolation) 기술을 활용해 전장향 솔루션에 적용되는 고전압을 기존 70볼트에서 120볼트로 높일 예정이다. 130나노 BCD 공정에 120볼트를 적용한 공정설계키트(PDK)를 2025년 제공할 계획이다.

삼성전자가 SAFE 파트너, 메모리, 패키지 기판, 테스트 전문 기업 등 20개 파트너와 함께 최첨단 패키지 협의체 MDI(Multi Die Integration) 얼라이언스를 구축했다. 삼성전자는 최첨단 패키지 협의체를 주도하며 전장과 고성능 컴퓨팅(HPC) 등 응용처별 차별화된 2.5D, 3D 패키지 솔루션을 개발해 나갈 예정이다.

반면 글로벌 파운드리 1위 기업인 TSMC는 최첨단 공정 진행에 차질을 빚고 있다. 대만 언론에 따르면 북부 타오위안 룽탄 과학단지에 지으려던 1나노 공장 증설 계획을 주민 반발에 포기하기로 결정했다. 

TSMC의 2나노 반도체 양산 계획도 원활하게 추진되지 않고 있다. TSMC는 2025년 2나노 반도체 양산을 목표로 대만 북부의 신추 바오산, 중부의 타이중 중커, 남부의 가오슝 난지 등에 3개의 새로운 공장을 건설하고 있다. 그러나 반도체 수요가 부진해 이들 공장 건설이 지연되고 있다. 2나노 반도체 양산시기가 2026년까지 지연될 수 있다는 우려도 나온다.

업계에선 TSMC가 2나노 공정부터 도입하기로 한 게이트올어라운드(GAA) 기술 적용에 어려움을 겪고 있다는 관측이 나온다. GAA는 기존 핀펫(FinFET)보다 전력 효율을 높일 수 있는 기술이다.

TSMC의 경쟁사인 파운드리 2위 삼성전자는 지난해 6월 세계 최초로 3나노 반도체 양산을 시작하면서 GAA를 성공적으로 도입했다. 이를 발판 삼아 2025년에 2나노, 2027년엔 1.4나노 반도체를 양산할 예정이다. 

시장조사업체 트렌드포스에 따르면 올해 2분기 매출 기준 파운드리 점유율은 TSMC가 56.4%, 삼성전자가 11.7%로 차이를 보였다.