최근 글로벌 파운드리(반도체 위탁생산) 업계의 선두주자인 대만의 TSMC와 한국의 삼성전자를 중심으로 반도체 초미세공정 기술경쟁이 치열해지고 있습니다. 4차 산업혁명 기술의 발전으로 IT업계에서 더 높은 성능의 반도체를 필요로 함에 따라, 글로벌 파운드리 업체들은 반도체를 더 작고 가볍게 만들기 위해 '초미세공정'을 도입하고 발전시켜가고 있죠.

현미경으로 확대해 본 반도체 칩 내부 회로의 모습. 1µm=백만분의 1m IEEE Spectrum

초미세공정이란 실리콘으로 이뤄진 반도체 기판(웨이퍼)에 특수한 장비를 이용해 회로를 수 나노미터의 선폭으로 그려 넣는 공정을 의미합니다. 손가락 한 마디 크기인 반도체 칩이 실질적으로 컴퓨터 한 대의 기능을 해야 하니, 칩 안에 그려져야 하는 회로도 매우 많고 복잡하겠죠. 스마트폰이 사실상 일반 컴퓨터처럼 기능할 수 있는 것도 초미세공정으로 만든 고성능 초소형 반도체칩 덕분입니다.

초미세공정으로 고성능 반도체를 생산할 수 있는 기업은 세계에 몇 안 되는데요. 대부분이 동아시아에 위치하고 있어, 최근 미국과 중국의 기술전쟁에서도 한국과 대만, 일본 등이 중요한 플레이어로 부상하고 있습니다. 이번 주 BYTE+에서는 반도체 초미세공정의 원리(월)와 관련된 시장(화) 및 기업분석(수), 그리고 초미세공정의 판도를 바꿀 기술로 평가받는 GAA(목)에 대해 자세히 알아보려 합니다. 오늘은 초미세공정의 원리는 무엇이며, 최근 기술 수준은 어디까지 왔는지 살펴보겠습니다.

① 월: 반도체 초미세공정 101
② 화: 반도체 초미세공정 시장분석: 생산과 장비
③ 수: 트랜지스터의 새로운 혁명, GAA
④ 목: 초미세공정에 다시 도전하는 인텔


초미세공정 완전정복

초미세공정 혹은 나노공정은 반도체의 크기를 작게 만들기 위해 반드시 필요합니다. 스마트폰이나 노트북이 실제로 컴퓨터의 역할을 하기 위해서는 CPU(중앙처리장치)와 GPU(그래픽처리장치), 메모리 같은 다양한 장치들이 필요한데요. 데스크톱 컴퓨터야 크기가 좀 커도 상관이 없지만, 스마트폰의 경우 이런 모든 장치들이 얇은 공간 사이에 전부 들어가야 하기 때문에 크기가 매우 작아야 합니다. 반도체의 크기가 작을수록 더 가볍고 성능 좋은 전자기기를 만들 수 있는 것이죠.

반도체 성능 = 트랜지스터의 개수?

반도체의 크기가 작아진다는 이야기는 곧 트랜지스터의 크기가 작아진다는 이야기와도 같은데요. 트랜지스터0과 1로 이뤄진 디지털 신호 처리에 반드시 필요한 부품입니다. 우리가 컴퓨터로 수행하는 모든 작업은 0과 1의 디지털 신호로 처리되는데, 전기가 통할 때를 1, 통하지 않을 때를 0으로 하는 반도체 회로를 만든다면 컴퓨터를 통해 수행하는 모든 연산이 가능해집니다. 이렇게 0과 1을 물리적으로 표현하는 반도체의 기능을 '스위칭' 기능이라고 하며, 이 스위칭 기능을 수행하는 반도체가 바로 '트랜지스터'입니다.