반도체 미세공정에서 GAA 구조가 기존 FinFET 구조의 물리적 한계를 극복한 원리는 무엇인가요?

Question

최근 삼성전자와 TSMC등 글로벌 반도체 파운드리 기업들의 3나노 이하 초미세 공정에서 GAA 구조를 도입한 이유는 무엇인가요? GAA구조가 게이트의 4면을 모두 채널과 맞닿게 함으로써 누설 전류를 어떻게 획기적으로 차단하나요?

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

반도체 선폭이 3나노 이하로 줄어들면서 기존 FinFET 구조는

전류를 통제하기 힘들어졌지만 GAA 구조는 게이트가 채널의 4면을 완전히 감쌉니다. 그래서 새어 나가는 누설 전류를 획기적으로 차단해 주죠. 그래서 삼성전자랑 TSMC 같은 파운드리 대기업들이 전력 효율을 극대화하기 위해 이 기술을 도입한 겁니다. 채널 전송 효율을 대폭 높여주니까, 미세공정의 한계를 극복할 수 있었고 전력 소모도 줄일 수 있어서 획기적입니다.

Answer 2

안녕하세요. 김종식 전기기사입니다.

그 원리를 말씀드리자면 핵심은 게이트가 채널을 더 완전히 감싸 전류 흐름을 강하게 제어한다는 점입니다.

FinFET은 게이트가 채널의 3면을 감싸지만, GAA는 나노시트 채널의 위·아래·양옆을 감쌉니다. 그래서 트랜지스터가 꺼져 있을 때 드레인의 전기장이 채널에 침투하는 단채널 효과를 줄이고, 원하지 않는 누설전류를 더 효과적으로 억제합니다. 완전히 차단하는 것은 아니지만, 같은 크기와 전압에서 FinFET보다 전력 효율과 제어력이 좋아집니다.

또한 나노시트의 폭을 조절해 구동전류와 성능을 설계하기 쉬운 장점도 있습니다. 삼성전자는 3나노부터 GAA 기반 MBCFET을 적용했습니다.

다만 TSMC의 3나노 N3는 GAA가 아니라 FinFET이며, GAA 나노시트 구조는 2나노 N2부터 적용했습니다.

즉, GAA는 게이트가 채널을 사방에서 붙잡아 누설전류와 단채널 효과를 줄이고, 낮은 전압에서도 성능을 유지하기 위해 도입된 구조라고 이해하면 됩니다.