불붙은 반도체 파운드리, ‘핀펫 시대’ 주인공은 누구

"20나노 건너뛰고 14나노 공정 돌입..이후 미세화 한계 직면"

[뉴스토마토 황민규기자] 세계 반도체 시장의 새로운 '금맥'으로 떠오른 파운드리 업계에서 대만의 TSMC와 삼성전자(005930)·글로벌 파운드리 연합군, 인텔 등이 치열한 기술 경쟁을 벌이고 있다. 관건은 이들 중 누가 먼저 '14나노 핀펫 공정'에 돌입하느냐는 것.

 

핀펫(Fin-FET) 기술이란 반도체 소자의 저전력-고성능 특성을 구현하기 위해 기존 평면 구조 대신 3차원 입체구조로 소자를 만드는 기술이다. 게이트의 모양이 물고기 지느러미와 흡사해 핀펫이라 불린다. 20나노 평면 기술 대비 최대 35%의 전력 감소와 20%의 성능 향상이 가능하며 업계 최초로 칩 면적을 최대 15%까지 줄일 수 있다.

 

28나노 다음 공정으로 꼽혔던 20나노 공정은 '중간 계투'에 그칠 것으로 보인다. 주요 업체들이 28나노 이후 곧바로 14나노 돌입을 목표로 하고 있기 때문이다. 14나노 다음 미세 공정에 대한 로드맵은 아직 뚜렷하지 않다. TSMC가 10나노 프로세스 개발을 선언한 바 있지만 과정을 확인할 수 있는 자료가 없고, 트랜지스터 구조 상 어렵다는 관측도 있다.

 

현재로서는 기술적으로 인텔이 가장 앞서있다. 인텔은 이미 14나노 핀펫 공정으로 완제품 칩을 생산할 수 있는 수준에 이른 것으로 알려졌다. 팹 단계에서 14나노 공정 안정성 검증을 완료했고, 후공정 패키징 테스트를 진행 중이다. 다만 모바일향 제품이 아닌 PC향 칩이기 때문에 삼성, 글로벌파운드리의 직접 비교는 어렵다.

 

모바일향 프로세서 공정의 경우 삼성전자와 글로벌파운드리 연합이 가장 먼저 14나노 핀펫 공정에 돌입할 것으로 전망된다. 내부 관계자 등에 따르면 당초 목표였던 연내 14나노 핀펫공정 돌입을 차질 없이 진행 중인 상황이다. 통상 모바일 프로세서가 PC향 제품보다 구현이 어렵다는 점을 감안할 때 인텔에 뒤지지 않는다는 분석도 있다.

 

◇평면 구조 반도체 공정과 3D 핀펫 공정.(사진=삼성전자)

 

TSMC의 경우 규모면에서는 다른 업체들보다 월등한 수준이다. 지난해 기준 세계 파운드리 시장 점유율에서 TSMC는 절반에 가까운 46.3%를 차지했다. 하지만 최신공정에서 삼성전자나 애플 등 대형 고객사의 하이엔드급 제품에 탑재되는 비중이 높지 않다는 점에 비춰볼 때 아직 기술력 측면에선 삼성, 인텔 등에 밀린다는 견해가 지배적이다.

 

파운드리 미세공정이 고도화될수록 TSMC는 삼성전자, 인텔 등 공룡급 반도체 회사들과의 기술력 대결을 버거워하는 모양새다. 처음으로 28나노 시대를 열어젖힌 지 2년만에 14나노가 대세로 부각된 가운데 메모리, 시스템 반도체 부문에서 오랜 노하우를 갖고 있는 두 회사에게 밀리기 시작한 것이다. TSMC는 내년 중에나 14나노 핀펫 공정에 돌입할 예정이다.

 

현재 세계 파운드리 시장은 28나노 공정이 주류를 이루고 있다. TSMC 역시 대부분의 공정이 28나노에서 진행되고 있으며 삼성전자, 글로벌파운드리를 비롯한 다른 중국 업체들도 28나노에 주력하고 있다. 28나노 웨이퍼 가격이 초기 7000달러 수준에서 현재는 5000달러에 가까운 가격으로 떨어진 상황이며 일부 중국업체들은 웨이퍼당 4000달러 수준에 생산하고 있기 때문에 향후 7~8년간은 28나노 공정이 가격 경쟁력을 가질 것으로 보인다.

 

28나노 공정이 좀 더 오래 지속될 것이라는 전망은 14나노 핀펫 공정 전환이 쉽지 않다는 관측과 함께 힘을 얻고 있다. 인텔조차도 14나노 공정 진입에 난항을 겪으며 수차례 양산이 지연된 가운데 결국 양산 시점이 반년 가까이 늦춰졌다는 점을 감안할 때 삼성전자와 글로벌파운드리 역시 비슷한 난제에 도달할 것이라는 주장도 있다.

 

일각에선 TSMC가 2015년 내 14나노 돌입이 어려울 것이라는 견해도 있다. 특히 과거 28나노 공정에 진입할 당시 반년 가까이 지연됐었다는 점을 감안할 때 2015년 하반기나 2016년 경 양산에 성공할 가능성도 점쳐진다. 일본계 반도체 기업의 한 관계자는 "글로벌파운드리가 14나노 양산에 돌입할 만큼 첨단 프로세스를 갖추고 있지 못하기 때문에 연내에 양산이 시작된다면 기적에 가까운 일"이라고 분석했다.

 

한편 전문가들은 14나노 핀펫 공정이 사실상 미세공정의 한계치에 가까운 공정이 될 것으로 예상하고 있다. 14나노 이후의 프로세스 규칙이 완전히 달라질 것이라는 얘기다. 이 전문가는 "14나노와 달리 7나노의 경우 트랜지스터의 구조조차도 불분명한 상황"이라며 "더 이상 무어의 법칙이 적용되지 않고 미세화가 완만한 추이를 나타낼 수밖에 없다"고 설명했다.