개요
Gate-All-Around (GAA)는 3나노미터(nm) 이하의 초미세 공정에서 누설 전류를 효과적으로 제어하고 성능을 향상시키기 위해 개발된 차세대 트랜지스터 구조입니다. 기존 FinFET 구조의 한계를 극복하여 반도체 칩의 전력 효율과 성능을 극대화하는 데 필수적인 핵심 기술입니다.
핵심 특성
- 4면 게이트 제어: 게이트가 채널을 4면에서 완전히 감싸는 구조로, FinFET의 3면 제어보다 뛰어난 정전기적 제어 능력을 제공합니다.
- 누설 전류 최소화: 게이트의 채널 제어력이 극대화되어 단채널 효과(Short Channel Effect)를 효과적으로 억제하고 누설 전류를 최소화하여 전력 효율을 크게 향상시킵니다.
- 나노시트/나노와이어 채널: 주로 나노시트(Nanosheet) 또는 나노와이어(Nanowire) 형태의 채널을 사용하여 게이트와의 접촉 면적을 극대화하고, 채널 폭 조절의 유연성을 제공하여 성능 및 전력 효율 최적화가 가능합니다.
- 고성능 및 저전력: 향상된 게이트 제어력과 채널 구조를 통해 더 높은 구동 전류와 더 낮은 스위칭 전력을 구현하여 고성능 및 저전력 반도체 구현에 필수적입니다.
- 복잡한 제조 공정: 기존 FinFET 대비 더 복잡한 식각(Etching), 증착(Deposition) 및 선택적 에피택시(Selective Epitaxy) 공정이 요구되며, 이는 소부장 분야의 고도화된 기술 혁신을 동반합니다.
관련 기업 및 동향
주요 파운드리 기업들이 GAA 기술 도입을 선도하고 있습니다. 삼성전자는 2022년 세계 최초로 3나노 GAA 공정 기반의 반도체 양산을 시작했으며, TSMC는 2나노 공정부터 GAA(나노시트) 구조를 도입할 예정입니다. 인텔 또한 차세대 공정에 GAA 기술을 적용할 계획을 발표했습니다. 이러한 GAA 전환은 극자외선(EUV) 노광 장비, 새로운 증착 및 식각 장비, 그리고 채널 및 게이트 소재 등 소부장 전반에 걸쳐 고도의 기술 혁신과 투자를 요구하고 있으며, 관련 장비 및 소재 기업들의 기술 개발 경쟁이 심화되고 있습니다.