[정보-기타] GGA는 무엇이고[삼성은 대체 이것으로 무엇을 할까?]

차세대 트랜지스터 구조 GAA(Gate-All-Around) 

트랜지스터는 게이트(Gate)에 전압이 가해지면 채널(Channel)을 통해 소스(Source)와 드레인(Drain)으로 전류가 흐르면서 동작하게 됩니다. 기존에 사용하던 평판(Planar) 트랜지스터는 게이트와 채널이 하나의 면으로 맞닿아 있는 평면(2D)구조로 트랜지스터의 크기를 줄이다 보면 소스와 드레인 간 거리가 가까워져 게이트가 제 역할을 못하고 누설전류가 생기는 단채널(Short Channel) 현상이 발생하는 등 동작 전압을 낮추는 데 한계가 있었습니다.

이를 개선하기 위해 입체(3D) 구조의 공정기술이 개발되었는데 이를 핀펫(FinFET)이라고 합니다. 구조가 물고기 지느러미(Fin) 모양을 닮았다고 해서 핀 트랜지스터라고 부르는데요. 게이트와 채널 간 접하는 면이 넓을수록 효율이 높아진다는 점에서 착안해 게이트와 채널이 3면에서 맞닿는 3차원 구조로 접점 면적을 키워 반도체 성능을 향상시켰습니다. 

GAA(Gate Aii Around)정의

- 7나노 이하부터는 핀펫이 아닌 터널펫(Tunnel FET) 혹은 GAA(gate all around) 등으로 트랜지스터 구조가 바뀔 것으로 전망

- GAA펫은 3면을 쓰는 핀펫의 각형 구조에서 모든 면이 게이트가 될 수 있도록 원형 구조로의 변화가 핵심

- 채널 하부에 존재하는 실리콘 옥사이드(SOI) 층을 부분적으로 식각하여 채널이 기판과 완전히 분리되도록 함. 그 후 게이트 절연막 및 게이트 전극을 형성하며 게이트가 채널의 전면을 감싸는 구조

- 게이트의 모든 면과 채널이 만남으로써 접점 면적이 핀펫 대비 더욱 늘어 트랜지스터 성능이 향상하게 됨

삼성전자의 독자적 기술 MBCFET™

핀 트랜지스터는 여전히 첨단 반도체 공정에 사용되고 있지만 최근 4나노 이후의 공정에서는 더 이상 동작 전압을 줄일 수 없다는 한계가 발견되었는데요. 

이를 위해 새롭게 탄생한 것이 바로 차세대 3나노 GAA(Gate-All-Around) 구조입니다. 3나노 이하 초미세 회로에 도입될 GAA구조의 트랜지스터는 전류가 흐르는 채널 4면을 게이트가 둘러싸고 있어 전류의 흐름을 보다 세밀하게 제어하는 등 채널 조정 능력을 극대화했습니다. 이로 인해 높은 전력 효율을 얻을 수 있는 건데요.

삼성전자는 이미 지난해 ‘삼성 파운드리 포럼’을 통해 GAA(Gate-All-Around)를 차세대 3나노 공정에 도입하겠다고 소개했습니다.

올해 5월에 진행된 ‘삼성 파운드리 포럼 2019’에서는 기존 GAA 구조를 한층 더 발전시킨 기술을 보여주었는데요. 단면의 지름이 1나노미터 정도로 얇은 와이어(Wire) 형태의 채널의 경우 충분한 전류를 얻기가 힘든 점을 개선한 것으로, 종이처럼 얇고 긴 모양의 나노시트(Nano Sheet)를 여러 장 적층해 성능과 전력효율을 높인 독자적인 기술 MBCFET™(Multi Bridge Channel FET)입니다.

MBCFET™ 공정은 최신 7나노 핀펫 트랜지스터보다도 차지하는 공간을 45% 가량 줄일 수 있으며, 약 50%의 소비전력 절감과 약 35%의 성능 개선 효과가 있을 것으로 기대되는데요. 뿐만 아니라 나노시트 너비를 특성에 맞게 조절할 수 있어 높은 설계 유연성을 갖고 있으며, 핀펫 공정과도 호환성이 높아 기존 설비와 제조 기술을 활용할 수 있다는 장점도 있습니다. 

GAA구조의 트랜지스터는 인공지능, 빅데이터, 자율주행, 사물인터넷 등 고성능과 저전력을 요구하는 차세대 반도체에 적극 활용될 것으로 업계는 내다 보고 있습니다.

그럼 다음시간에는 반도체 역사를 알아 볼게요~

감사합니다.

어느 해외에서 매체에서 소개한 내용과 제가 알고 있는 내용을 합쳐서 만들었습니다.

사진은 예시를 보여 드리기위해서 사용 됐습니다.

반도체를 모르시는 분들을 위해서 

작성 되었습니다.

다음은 반도체 역사를 공부 해보도록 하겠습니다.!