삼성전자는 목요일, 앞으로 몇 주 안에 이번 분기에 3GAE(3nm Grid All-in-Early) 제조 공정을 사용해 대량 생산을 시작할 예정이라고 밝혔습니다.
이번 발표는 업계 최초의 3nm 제조 기술일 뿐만 아니라 GAAFET(Gate-All-Around Field-Effect Transistor)를 사용하는 최초의 노드이기도 합니다.
삼성전자는 재무제표에서 "세계 최초 GAA 3나노 양산을 통해 기술 리더십을 강화한다"고 적었다. (GAA 공정 기술 리더십 유지, 미래 투자 확보를 위한 가격 책정 전략 채택, 생산량 및 점유율 확대로 시장 성장 초과) 삼성의 3GAE 공정 기술은 삼성이 공식적으로 MBCFET(Multi Bridge Channel Field Effect Transistor)라고 부르는 GAA 트랜지스터를 사용한 최초의 공정입니다.
삼성은 약 3년 전에 3GAE 및 3G 3GAP 노드를 공식 출시했습니다.
삼성은 이 프로세스를 통해 성능이 30% 향상되고, 전력 소비가 50% 감소하며, 트랜지스터 밀도(로직 및 SRAM 트랜지스터 혼합 포함)가 최대 80% 향상될 것이라고 밝혔습니다.
그러나 삼성의 성능과 전력 소비 조합이 실제로 얼마나 잘 작동하는지는 아직 알 수 없습니다.
이론적으로 GAAFET는 현재 사용되는 FinFET에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다.
GAA 트랜지스터에서 채널은 수평이고 게이트로 둘러싸여 있습니다.
GAA 채널은 에피택시와 선택적 재료 제거를 사용하여 형성되며, 이를 통해 설계자는 트랜지스터 채널의 폭을 조정하여 정밀하게 조정할 수 있습니다.
더 넓은 채널을 통해 고성능을 달성하고, 더 좁은 채널을 통해 낮은 전력 소비를 달성합니다.
이러한 정확도는 트랜지스터 누설 전류(즉, 전력 소비 감소)와 트랜지스터 성능의 가변성(모든 것이 제대로 작동한다고 가정)을 크게 줄여 제품 배송이 빨라지고 출시 기간이 단축되며 수율이 높아집니다.
또한 Applied Materials의 최근 보고서에 따르면 GAAFET는 셀 면적을 20~30% 줄일 것으로 예상됩니다.
애플리케이션에 관해 이야기하면, 최근 출시된 게이트 산화물 스택 형성을 위한 고진공 시스템 IMS(Integrated Materials Solutions) 시스템은 채널 사이의 매우 얇은 공간과 폴리실리콘 증착의 필요성인 GAA 트랜지스터 제조의 주요 과제를 해결하는 것을 목표로 합니다.
짧은 시간 안에 채널 주변에 게이트 산화막과 금속 게이트 스택이 형성된다.
어플라이드 머티어리얼즈의 새로운 AMS 도구는 원자층 증착(ALD), 열 단계 및 플라즈마 처리 단계를 사용하여 게이트 산화막을 1.5옹스트롬만큼 얇게 증착할 수 있습니다.
고도로 통합된 기계는 필요한 모든 계량 단계도 수행합니다.
삼성의 3GAE는 삼성 LSI(삼성의 칩 개발 부문)와 SF의 다른 알파 고객 중 한두 곳이 주로 사용할 예정인 "초기" 3nm 제조 기술입니다.
삼성의 LSI를 비롯한 SF 초기 고객사들이 칩을 대량으로 생산하는 경향이 있다는 점을 감안할 때, 이들 제품의 수율과 성능이 기대치를 충족한다면 3GAE 기술이 널리 채택될 것으로 예상된다.
새로운 트랜지스터 구조로의 전환에는 새로운 제조 공정과 새로운 도구가 필요하기 때문에 위험할 때가 많습니다.
다른 과제는 모든 새로운 노드에 도입되고 새로운 EDA(전자 설계 자동화) 소프트웨어에서 해결되는 새로운 레이아웃 방법, 평면도 규칙 및 라우팅 규칙입니다.
마지막으로 칩 설계자는 완전히 새로운 IP를 개발해야 하는데 이는 비용이 많이 듭니다.
외신: 삼성의 3nm 수율은 20%에 불과하다. 외신 폰아레나에 따르면 삼성 파운드리는 거대 TSMC에 이어 세계 2위의 독립 파운드리다.
즉, 삼성이 직접 설계한 엑시노스 칩을 제조하는 것 외에, 공장 고객을 대신해 퀄컴 등 제3자 기업이 제출한 설계를 기반으로 칩도 제조하는 것입니다.
Snapdragon 865 애플리케이션 프로세서(AP)는 TSMC가 7nm 프로세스 노드를 사용하여 제조합니다.
5nm Snapdragon 888 칩셋에서 Qualcomm은 삼성으로 돌아와 4nm Snapdragon 8 Gen 1을 생산하기 위해 계속해서 한국 파운드리에 의존했습니다.
현재 삼성, 샤오미, 모토로라 등의 고급 안드로이드폰에 탑재되는 AP이다.
그러나 2월에는 삼성 OEM의 4nm 공정 노드 수율이 35%에 불과한 것으로 보도되었습니다.
이는 웨이퍼에서 절단된 칩의 35%만이 품질 관리를 통과한다는 것을 의미합니다.
이에 비해 TSMC는 4nm 스냅드래곤 8 Gen 1 Plus를 생산할 때 70%의 수율을 달성했습니다.
즉, 모든 조건이 동일할 때 TSMC는 같은 기간 삼성보다 두 배 많은 칩을 생산했습니다.
그 결과 TSMC는 결국 Qualcomm으로부터 나머지 Snapdragon 8 Gen1 칩셋과 Snapdragon 8 Gen 1 Plus SoC를 구축하라는 주문을 받았습니다.
또한 Qualcomm이 이 칩셋의 독점 제조업체가 단기간에 충분한 칩을 만들 수 있도록 TSMC에 프리미엄을 지불해야 하더라도 TSMC가 3nm Snapdragon 8 Gen 2를 만들 수 있는 라이센스를 얻을 것이라고 가정합니다.
삼성은 최근 생산량이 증가하고 있다고 밝혔지만 Business Post의 보고서에 따르면 삼성의 3nm 공정 노드 생산량은 여전히 회사 목표보다 훨씬 낮습니다.