[김다경의 전자사전] 3나노 이하 초미세 공정의 열쇠 'GAA 트랜지스터'

[이코노믹데일리] ※전자사전은 복잡하고 어렵게만 느껴지는 '전자'분야의 최신 기술과 산업 이슈를 쉽게 풀어드리는 코너입니다. 뉴스에선 자주 등장하지만 정작 이해하기 어려웠던 이야기들을 매주 하나의 핵심 주제로 선정해 딱딱한 전문 용어 대신 알기 쉬운 언어로 정리합니다. <편집자주>

3나노 이하 초미세 공정 경쟁이 본격화되면서 파운드리 업계에서 가장 주목받는 키워드로는 ‘GAA(Gate-All-Around)’ 트랜지스터가 꼽힌다.

23일 업계에 따르면 삼성전자가 3나노에서 먼저 GAA를 적용하고 2나노 기술 성과까지 공개하면서 TSMC 등 경쟁사들과의 차세대 공정 경쟁이 치열해지고 있는 상황이다.

반도체 칩 안에는 전류를 켜고 끄는 트랜지스터가 수 십억 개 들어 있는 것으로 알려졌다. 이 트랜지스터가 작아질수록 칩의 성능은 높아지고 전력 효율도 개선되는 상황이다. 다만 현재의 주류 기술인 핀펫(FinFET)이 더 이상 작아지기 어려운 지점에 도달했다는 점이다.

핀펫은 채널을 세 면(위·좌·우)에서 감싸 누설 전류를 줄였지만 공정이 3나노 이하로 내려가자 감싸지 못하는 면이 생기며 전류가 새어나가는 문제점이 있다. AI 칩과 같이 고성능·저전력 설계가 요구되는 상황에서 누설 전류는 성능 저하와 발열로 직결된다.

이에 GAA가 각광을 받고 있다. GAA는 이름 그대로 게이트가 채널을 네 면 모두에서 감싸는 구조다. 이를 통해 채널을 완전히 밀봉하듯 감싸 전류를 정밀하게 제어할 수 있어 누설 전류가 줄어들고 트랜지스터를 더 작게 만들 수 있어 초미세 공정의 필수 기술로 평가된다.

삼성전자의 MBCFET(Multi-Bridge Channel FET)은 GAA 구조를 기반으로 채널을 여러 겹 쌓아 전류 흐름을 극대화한 형태다. 삼성전자 분기 보고서에 따르면 “2나노 공정이 3나노 2세대 대비 성능 5%, 전력 효율 8% 향상” 등의 수치를 제시하며 기술 진척도를 강조했다.

반면 TSMC는 3나노까지 핀펫을 유지해 안정성을 극대화하는 전략을 택했다. 이미 확보한 고객사 신뢰를 유지하기 좋은 선택이지만 2나노부터는 결국 GAA로 넘어가야 한다는 의견도 있다. 

삼성이 갤럭시 S26에 탑재할 ‘엑시노스 2600’ 또한 곧 삼성 파운드리의 2나노 수율과 경쟁력의 시험대로 평가될 예정이다. 또한 AI 칩·고성능 모바일 칩 수요가 폭증하는 만큼 2나노 GAA 수율 확보 시점이 앞으로의 파운드리에서 중요해질 전망이다.