3 nm 이하 공정 칩을 위한 나노시트 트랜지스터

PATENT SQUARE Offical Writer
2021-01-04
조회수 896

오늘날, 하나의 마이크로프로세서를 구성하기 위해서는 수십억개 이상의 트랜지스터가 사용됩니다. 마이크로프로세서의 단가를 낮추고 성능을 향상시키기 위해 마이크로프로세서를 구성하는 각각의 트랜지스터의 크기를 줄이고 성능을 향상시키는 것은 반도체 회사들의 주요 과제 중 하나입니다. 게다가 인공지능 관련 기술의 발달과 함께 향상된 연산 능력과 저전력 특성을 갖춘 칩에 대한 수요가 폭발적으로 증가하고 있습니다. 

< 인텔 나노리본 트랜지스터 >


2011년 인텔이 22 nm 공정에 FinFET(Fin Field Effect Transistor) 기술을 도입한 이후, 현재 삼성과 대만의 TSMC에서는 FinFET 기반의 7 nm 기술로 반도체 칩을 양산 중입니다. 그러나, 7 nm 공정 기술을 뛰어넘어 5 nm, 3 nm 공정 기술에 대한 요구가 이어지고 있으므로, 이를 구현하기 위한 새로운 트랜지스터 구조로 나노시트 트랜지스터가 새롭게 주목받고 있습니다. 

< IMEC 트랜지스터 구조 로드맵 >


나노시트 트랜지스터 구조는 게이트가 채널을 사방에서 감싸는 구조로 게이트가 3면에 있는 FinFET 구조에 비해 오프 상태에서 누설 전류를 줄일 수 있어 전력 소모를 감소시킬 수 있습니다. 또한 기판에 대해 높이 방향으로 채널 폭을 가져서 채널 폭의 변화와 온(ON) 상태 전류의 한계를 갖는 FinFET에 비해, 나노시트 트랜지스터는 다양한 응용에서 필요로 하는 스펙을 만족시키기 위해 채널 폭을 상대적으로 자유롭게 디자인할 수 있는 장점을 갖고 있습니다.

< 삼성전자의 MBCFET >


삼성전자의 경우 2021년 또는 2022년에 내놓을 3 nm 노드 공정부터 나노시트 트랜지스터를 도입할 계획을 발표하였고 멀티브리지 채널 FET(MBCFET)라는 이름을 가진 나노시트 트랜지스터 형태의 FET를 소개하였습니다. 인텔도 나노리본 트랜지스터 개념을 선보인 바 있고 파운드리 분야에서 선두를 차지하고 있는 TSMC는 안정적인 칩 공급을 위해 3 nm 노드 초입까지는 FinFET을, 3 nm 노드 말미나 2 nm 노드 기술부터 나노시트 트랜지스터 구조를 사용할 것으로 알려져 있습니다. 


유럽 최대 반도체 나노기술 연구소인 IMEC은 기존 나노시트 트랜지스터 구조에서 한 발 더 나아가서 2 nm 공정부터는 CMOS 구조를 이용한 포크시트 트랜지스터(Forksheet Transistor) 구조를, 1 nm 공정에서는 CFET(Complementary FET) 구조를 채택하는 반도체 공정 로드맵을 2019년에 제시하기도 했습니다. 


이와 같이, 3 nm 이하의 공정 칩에서 FinFET을 나노시트 트랜지스터로 전환하는 것에는 공정기술의 복잡도 증가에 따른 더 높은 공정 비용과 최적화를 위해 극복해야 할 기술적 장애물들이 여전히 존재할 것으로 예상되지만, 나노시트 트랜지스터의 사용으로 칩의 성능뿐만 아니라 칩 디자인 자유도가 증가하여 인공지능, IoT, 자율주행 등의 기술 분야에 최적화된 고성능 저전력 칩을 제공할 것으로 기대됩니다. (내용인용 : 특허청)


그림/내용 출처: 


https://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/the-nanosheet-transistor-is-the-next-and-maybe-last-step-in-moores-law

https://samsungatfirst.com/mbcfet/

M. H. Na, “Defying the CMOS scaling limit for sub-5nm technologies: The journey toward ultimate CMOS scaling”, imec Tehcnology Forum, Japan, 2019.11. 

https://www.tsmc.com/english/dedicatedFoundry/technology/future_rd

https://www.imec-int.com/en/imec-magazine/imec-magazine-december-2019/scaling-cmos-beyond-finfets-from-nanosheets-and-forksheets-to-cfets

https://www.anandtech.com/show/15865/intel-to-use-nanowirenanoribbon-transistors-in-volume-in-five-years

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