✅ 삼성 TRM 전략 시리즈 4편 GAA 공정 로드맵: 삼성의 구조 전환 전략 분석
📘 메타 설명
안녕하십니까? 사제불이입니다. 지난 3편" 삼성 TRM 전략 시리즈 3편 HBM 로드맵으로 본 고객 수요 기반 기술 전략" 에 이어 4편 입니다. GAA(Gate-All-Around) 트랜지스터는 미세공정의 한계를 돌파하기 위한 차세대 소자 기술입니다. 본 글에서는 삼성전자가 GAA를 TRM(기술 로드맵)에 어떻게 반영하고, 3GAE부터 2nm, 1.4nm까지 어떤 전략으로 전환했는지를 분석합니다. 고객 요구, 수율 리스크, BSPDN 등 구조적 전환 요소도 함께 정리합니다.
🟦 서론: FinFET의 한계, GAA로 넘다
반도체 미세화 경쟁이 5nm 이하로 진입하면서 기존의 FinFET 구조는 물리적 한계에 다다랐습니다.
게이트가 채널을 감싸는 면적이 줄어들면서 전류 누설, 채널 제어력 저하, 열 효율 악화 등 문제가 심화됐고,
이러한 구조적 문제를 근본적으로 해결하기 위해 등장한 것이 바로 GAA(Gate-All-Around) 구조입니다.
삼성전자는 세계 최초로 GAA 기반 3nm(3GAE) 공정을 2022년 상반기에 양산하면서 업계의 주목을 받았습니다.
그러나 GAA 도입은 단순한 공정 전환이 아닌, TRM(기술 로드맵) 상의 대대적인 구조 재설계이자 고객 대응 전략과 연동된 결정이었습니다.
이번 글에서는 삼성의 GAA 전환 로드맵을 중심으로,
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왜 GAA였는지
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어떤 기술/구조/시장 전략을 반영했는지
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수율 및 고객 대응을 어떻게 설계했는지
를 전문가 관점에서 상세히 분석해봅니다.
🟦 본론: 삼성의 GAA 공정 TRM 전략 세부 분석
✅ 1. GAA란 무엇인가? – 구조적 이해
GAA는 이름 그대로 트랜지스터 채널을 게이트가 사방에서 감싸는 구조입니다.
| 구분 | 설명 |
|---|---|
| FinFET | 3면만 게이트가 감싸는 구조 (Fin 모양) |
| GAA | 채널 전체를 게이트가 감싸는 구조 |
삼성의 GAA 구현 방식은 **MBCFET™(Multi-Bridge Channel FET)**으로,
수평 나노시트를 적층해 트랜지스터를 구성하는 구조입니다.
GAA의 주요 이점:
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게이트 제어력 ↑ → 전력 효율 개선
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전류 흐름 안정화 → 성능 향상
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더 작은 면적에도 고성능 트랜지스터 구현 가능
이러한 특성 덕분에 GAA는 AI/모바일/HPC 등 고성능·저전력 칩 설계에 필수 기술로 평가됩니다.
✅ 2. 삼성의 GAA 공정 로드맵 개요
삼성은 GAA를 다음과 같이 단계적으로 기술 로드맵에 반영하였습니다.
→ 삼성은 5년 이상의 계획을 통해 GAA 전환을 미리 설계하고,
TRM에 기술 성숙도, 장비 확보, 고객 대응 일정을 체계적으로 설정해왔습니다.
✅ 3. 고객 백캐스팅: 왜 GAA가 필요했는가?
GAA 도입은 기술적 필요 이전에 고객의 요구에 대한 전략적 대응입니다.
고객 요구 예시:
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모바일 칩: 배터리 수명 개선을 위한 초저전력 공정
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AI 가속기: 고밀도 트랜지스터를 통한 연산능력 향상
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HPC: 채널 누설 최소화와 고클럭 구동
→ 이를 대응하기 위해 삼성은 GAA의 전력 절감 특성과 밀도 향상 효과를
TRM상 **“포스트 5nm 시대의 기술축”**으로 설정하였습니다.
특히 고객사의 2~3년 후 tape-out 일정을 고려해
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공정 성숙도(PDK 버전별 단계)
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수율 시뮬레이션 및 조기 샘플 제공
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공정/설계 간호기술(Co-Optimization)
을 동시에 설계한 점이 특징입니다.
✅ 4. 수율 리스크와 대응 전략
GAA는 미세 구조와 나노시트 적층의 정밀도가 요구되므로,
3GAE 초기에는 수율 이슈가 발생한 것으로 알려졌습니다.
삼성은 이를 TRM상 다음과 같이 대응했습니다:
| 리스크 | 대응 전략 |
|---|---|
| 나노시트 두께 불균일 → 전류 편차 | 공정 Window 최적화, 3D 시뮬레이션 기반 공정 보정 |
| 수직 적층 불량률 | Split Flow 방식 적용, 공정 조기 종료 옵션 제공 |
| 설계 호환성 부족 | PDK 0.7/0.9/1.0 단계별 배포 및 고객 협업 확대 |
또한 고객에게 초기 MPW(Multi Project Wafer) 샘플을 빠르게 제공하고,
실제 환경에서 검증한 뒤 양산 라인에 반영하는 Fast Feedback Loop 구조를 마련했습니다.
✅ 5. BSPDN의 등장과 GAA 2세대 전략
삼성은 2027년 예정인 SF2Z(2nm 2세대)부터
**후면 전력공급망(BSPDN, Backside Power Delivery Network)**을 도입한다고 밝혔습니다.
이는 GAA 구조에서 발생하는 전력선 간섭 문제를 해결하고,
더 높은 클럭 속도와 열 안정성을 제공하기 위한 전략입니다.
TRM에서는 이를 다음과 같이 적용:
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BSPDN 기반 Power Grid 설계 툴 동시 개발
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전력 네트워크 시뮬레이션 포함 KPI 제시
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하이 NA EUV 장비와 연동된 공정 Flow 동시 운영
이러한 전략은 TSMC의 2nm 경쟁 전략(Front-side Power 기반)에 맞서
성능·전력 면에서 차별화 요소로 작용할 것으로 보입니다.
🟦 결론: GAA 전환은 단순한 기술이 아니라 로드맵의 완성도 시험
삼성전자의 GAA 도입은 단순히 “새로운 소자 기술을 도입했다”는 기술적 사건이 아닙니다.
이는 고객 수요 기반으로 구조 전환을 사전 설계하고, 이를 전사 전략(TRM)으로 실행해낸 사례입니다.
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3GAE를 통해 기술 선도 이미지 확보
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SF3에서 수율 안정화 및 설계 최적화
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SF2/SF2Z에서는 후면 전력망 등 차세대 요소 도입
이 모든 과정은 사전에 TRM에 명확히 설정되었고,
삼성은 이를 기반으로 세계 최초 + 시장 수용성 확보라는 두 마리 토끼를 쫓고 있습니다.
앞으로 GAA 기반 공정이 HPC·AI·모바일 시장에서 차별화 지점을 만들 수 있을지,
그 핵심은 여전히 TRM의 정교함과 실행력에 달려 있습니다.
📊 요약 표: 삼성 GAA 공정 로드맵
| 노드 | 구조 | 특이점 | 고객 대응 |
|---|---|---|---|
| 3GAE | GAA 1세대 | 세계 최초 GAA 양산 | PPA 향상, 조기 샘플링 |
| SF3 | GAA 2세대 | 수율·설계 개선 | 양산 안정화 |
| SF2 | 2nm | 고성능 GAA | AI/HPC 대응 |
| SF2Z | 2nm + BSPDN | 후면전력망 최초 도입 | 고속 전력망 효율 |
| SF1.4 | GAA 고도화 | 하이NA + GAA 고밀도화 | 경쟁사 대비 미세화 우위 |