목차
- 개요: 2025년 고급 나노와이어 트랜지스터 제작의 현황
- 나노와이어 트랜지스터 성능을 이끄는 주요 기술 혁신
- 주요 산업 플레이어와 그들의 전략적 이니셔티브
- 차세대 나노와이어 장치의 제조 도전과 해결책
- 재료 과학의 발전: 고급 나노와이어 트랜지스터를 위한 실리콘을 넘어
- 시장 규모, 세분화 및 2030년까지의 예측
- 신흥 응용 프로그램: AI, IoT, 양자 및 엣지 컴퓨팅
- 경쟁 환경 및 지적 재산권 동향
- 나노와이어 제조의 지속 가능성과 환경 영향
- 미래 전망: 나노와이어 트랜지스터 수용 및 산업 변화를 위한 로드맵
- 출처 및 참조
개요: 2025년 고급 나노와이어 트랜지스터 제작의 현황
2025년의 고급 나노와이어 트랜지스터 제작 환경은 반도체 장치의 스케일링 한계를 확장하기 위한 중요 기술 발전과 전략적 산업 이니셔티브를 반영합니다. 나노와이어 트랜지스터, 특히 수평 또는 수직 나노와이어 채널을 활용하는 모든 방향의 게이트(Gate-All-Around, GAA) FET는 차세대 논리 장치 아키텍처의 최전선에 있습니다. 이들의 독특한 기하학은 향상된 전기적 제어, 단채널 효과 감소 및 전통적인 FinFET의 한계를 초월한 추가적인 소형화를 가능하게 합니다.
대만 반도체 제조 회사(TSMC)와 삼성 전자와 같은 주요 반도체 파운드리는 나노와이어 및 나노시트 기술의 통합을 가속화하고 있습니다. 2022년 삼성 전자는 엄격한 나노와이어 구조보다 나노시트를 활용한 3nm급 GAA 트랜지스터의 대량 생산을 발표하며, 스케일링이 진행됨에 따라 나노와이어 채택을 위한 무대를 조성했습니다. TSMC는 2025년 대량 생산이 시작되는 2nm 노드에서 GAA 기술을 상용화할 계획을 세웠습니다. 이러한 이니셔티브는 나노와이어 및 나노시트 기반 장치가 첨단 논리를 위한 전통적인 FinFET를 대체하기 시작하는 전환점을 나타냅니다.
이러한 흐름을 지원하는 장비 공급업체인 ASML 홀딩과 Lam Research는 10nm 이하의 치수 및 높은 종횡비를 가진 나노와이어 기능을 제조하는 데 중요한 고급 리소그래피 및 원자층 에칭 도구를 도입했습니다. ASML 홀딩이 주도하는 극자외선(EUV) 리소그래피의 채택은 나노와이어 아키텍처에서 요구되는 조밀한 피치를 패턴화하는 데 중요한 역할을 합니다. 한편, 듀폰과 같은 재료 회사들은 성능과 신뢰성을 최적화하기 위해 새로운 고-k 유전체 및 작업 함수 금속을 제공하고 있습니다.
2025년에는 수율, 변동성 및 통합 복잡성과 관련하여 주요 도전 과제가 여전히 존재하며, 특히 산업이 3nm 이하 장치의 대량 생산에 접근하면서 더욱 두드러집니다. imec와 같은 조직이 포함된 협력 컨소시엄 및 R&D 동맹은 공정 제어, 변동성 감소 및 결함 완화를 위한 진행을 지속적으로 촉진하고 있습니다. 초기 장치 데이터에 따르면 나노와이어 트랜지스터는 동등한 FinFET보다 최대 25–30% 더 높은 드라이브 전류와 개선된 서브스레쇼드 스윙을 제공할 수 있으며, 전력 효율성과 포장 밀도 모두에서 상당한 이득을 나타냅니다.
앞을 바라보면, 향후 몇 년간 나노와이어 기반 트랜지스터의 더 넓은 상용화가 진행될 것으로 예상되며, 이러한 아키텍처를 중심으로 고급 제조 생태계가 형성될 것입니다. 패턴화, 재료 및 계측에서의 혁신 융합은 산업이 2nm 노드 및 그 이상을 목표로 할 때 나노와이어 트랜지스터의 전체 잠재력을 실현하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. 이로 인해 반도체 성능, 스케일링 및 응용 도메인의 미래 궤적이 형성될 것입니다.
나노와이어 트랜지스터 성능을 이끄는 주요 기술 혁신
2025년, 고급 나노와이어 트랜지스터 제작은 재료 과학의 혁신과 공정 공학 최적화의 융합으로 빠른 발전을 경험하고 있습니다. 가장 변혁적인 혁신 중 하나는 모든 방향의 게이트(GAA) 아키텍처의 채택으로, 이는 수직 또는 수평 방향으로 정렬된 나노와이어를 활용하여 전기적 제어를 극대화하고 전통적인 FinFET 설계의 한계를 넘어 추가적인 트랜지스터 스케일링을 가능하게 합니다. 주요 반도체 제조업체들은 GAA 나노시트 및 나노와이어 트랜지스터가 현재 대량 제조(HVM) 노드에 들어가고 있음을 공개적으로 확인했습니다. 삼성 전자는 GAA 기반 프로세스 플랫폼을 3nm 이하를 목표로 하여 발표했습니다.
이러한 고급 나노와이어 장치의 제작은 에피택시얼 성장, 선택적 에칭 및 원자층 증착(ALD) 기술의 혁신에 의해 뒷받침되고 있습니다. 선택적 영역 에피택시는 실리콘 기판 위에 III-V 화합물 반도체 나노와이어의 정밀 형성을 가능하게 하여 높은 이동성 채널 재료의 통합을 촉진합니다. 선도적인 마이크로 전자 R&D 허브인 IMEC는 여러 나노와이어를 수직으로 쌓는 스케일러블한 공정을 입증하여 장치 면적을 넓히지 않고도 드라이브 전류를 크게 증가시켰습니다. 한편, 고급 ALD 프로세스는 초박형의 일관된 게이트 유전체와 금속 게이트를 허용하여, 5nm 이하에서 누설을 줄이고 장치 신뢰성을 향상시키는 데 중요합니다.
또 다른 주요 혁신은 상향식 및 하향식 제작 방식의 정교화입니다. 하향식 패턴화는 극자외선(EUV) 리소그래피 및 비등방성 에칭을 활용하여 벌크 웨이퍼에서 나노와이어 구조를 직접 정의하는 것을 가능하게 합니다. 이 접근 방식은 ASML 홀딩과 같은 장비 공급업체에 의해 빠르게 산업화되고 있으며, 이들의 EUV 리소그래피 도구는 10nm 이하의 기능을 패턴화하는 데 필수적입니다. 동시에, 나노와이어가 촉매 또는 템플릿에서 성장하는 하향식 방법은 높은 결정 방향성 또는 이종 구조가 필요한 틈새 응용 프로그램을 위해 탐색되고 있으며, STMicroelectronics와 같은 기업들이 혼합 통합 플랫폼에 투자하고 있습니다.
앞으로 몇 년 동안 새로운 채널 재료(예: Ge, SiGe 및 III-V 합금), 다중 스택 장치의 공정 통합 개선 및 수율 관리를 위한 더 스마트한 계측을 통한 나노와이어 트랜지스터 제작의 추가 발전이 기대됩니다. 산업이 2025년 이후로 나아가면서, 이러한 기술 혁신은 논리 및 메모리 장치의 지속적인 스케일링을 지원하고 고성능 컴퓨팅에서 저전력 엣지 시스템에 이르는 응용 프로그램을 지원하는 기반이 될 것입니다.
주요 산업 플레이어와 그들의 전략적 이니셔티브
세계 반도체 스케일링이 원자 크기에 접근함에 따라, 주요 산업 플레이어들은 고급 나노와이어 트랜지스터 제작에 대한 투자와 협력을 가속화하고 있습니다. 2025년에는 GAA 및 수직 나노와이어 트랜지스터 아키텍처의 상용화 경쟁이 심화되었으며, 이는 3nm 프로세스 노드 이하에서 더 높은 장치 성능, 에너지 효율성 및 밀도에 대한 수요에 의해 촉진되었습니다.
선두 주자 중 삼성 전자는 2022년에 3nm GAA 프로세스의 대량 생산을 시작하고 향후 몇 년간 나노와이어 기반 트랜지스터 로드맵을 확장하며 두드러진 입지를 차지하고 있습니다. 그들의 멀티 브리지 채널 FET(MBCFET) 설계는 쌓인 나노시트와 나노와이어를 활용하여 더 큰 게이트 제어와 감소된 누설을 달성하여 데이터 중심 및 AI 애플리케이션에서 크리티컬합니다. 삼성의 전용 팹에 대한 지속적인 투자와 파운드리 고객과의 파트너십은 나노와이어 및 나노시트 기술로의 추가 스케일링을 위한 전략적 의지를 나타냅니다.
다른 주요 산업 플레이어인 인텔은 자사의 고유한 GAA 트랜지스터 아키텍처인 RibbonFET 기술로 전환을 공개했습니다. 이 기술은 2025–2026년 고가용성 제조를 목표로 하고 있습니다. RibbonFET은 나노와이어와 유사한 나노리본 채널을 활용하여 2nm 이하에서 향상된 전기적 제어를 가능하게 합니다. 인텔의 “4년 내 5개 노드” 전략 계획은 미국 및 유럽에 있는 새로운 팹을 위한 상당한 자본 할당을 포함하고 있으며, 향후 프로세스 리더십 및 파운드리 서비스 지원을 위한 고급 나노와이어 트랜지스터 라인 배치에 중점을 두고 있습니다.
대만 반도체 제조 회사(TSMC)는 생태계의 중심에서 나노시트 및 잠재적 나노와이어 트랜지스터를 개발하고 확장하는 데 힘쓰고 있습니다. 2025년 현재 TSMC의 2nm 플랫폼은 나노시트 GAA를 사용하고 있으며, 차세대 노드를 위한 수직 나노와이어 통합에 대한 연구 개발이 진행되고 있습니다. TSMC의 장비 공급업체 및 재료 혁신 업체와의 협력은 균일한 나노와이어 형성, 고-k/금속 게이트 통합 및 고급 패턴화를 다루는 능력을 뒷받침합니다.
주요 장비 및 재료 공급업체인 ASML (리소그래피), Lam Research (에칭 및 증착) 및 Applied Materials (공정 기술)은 나노와이어 정의 및 통합에 필요한 정밀 도구를 제공함으로써 이러한 발전을 가능하게 하고 있습니다. 장치 제조업체와의 지속적인 협력은 스케일링 병목 현상을 극복하고 고가용성 제조에서 나노와이어 트랜지스터의 유효성을 보장하는 데 필수적입니다.
앞으로, 이러한 산업 리더들의 전략적 이니셔티브—생태계 파트너십, 기술 공동 개발 및 공격적인 자본 확장이 두드러지며—고급 나노와이어 트랜지스터의 성숙 및 상용화를 촉진하여 컴퓨팅, AI 및 통신 분야에 영향을 미칠 것입니다.
차세대 나노와이어 장치의 제조 도전과 해결책
고급 나노와이어 트랜지스터 제작으로의 전환은 무어의 법칙을 지속하고 반도체 산업의 지속적인 스케일링을 가능하게 하기에 중추적입니다. 산업이 2025년에 접어들면서 차세대 나노와이어 장치의 제조 도전 과제가 연구 및 산업 로드맵의 선두에 있습니다. 특히 주요 파운드리들이 2nm 기술 노드 및 그 이상에서 모든 방향의 게이트(GAA) 트랜지스터 아키텍처를 목표로 하고 있습니다.
주요 도전 과제는 실리콘 또는 III-V 화합물 반도체로 만든 나노와이어의 정밀 형성과 균일성 제어입니다. 장치 성능 및 수율에는 일관된 나노와이어의 너비, 높이 및 간격을 유지하는 것이 중요하지만, 리소그래피 및 에칭 중 공정 변동성이 변동성을 초래합니다. ASML의 고급 EUV 리소그래피 시스템은 이러한 요구 사항을 해결하기 위해 원자층 에칭 및 증착 기술과 함께 사용되고 있습니다. 그러나 각 추가 나노와이어 층이 통합됨에 따라 복잡성이 증가하여 결함률, 처리량 및 비용에 대한 우려를 낳습니다.
또 다른 주요 장애물은 채널 재료의 선택적 에피택시얼 성장과 나노와이어 둘레에 대한 초박형 게이트 유전체의 형성입니다. 원자층 증착 및 고급 재료 분야의 선두주자인 Applied Materials와 같은 기업들은 고이동성 채널과 최소한의 누설에 필요한 일관된 코팅 및 정밀 도핑 프로파일을 가능하게 하는 특수 장비를 도입했습니다. 하지만 게이트 길이가 20nm 이하로 줄어들면 원자 규모의 불완전성조차도 장치의 신뢰성을 저하시킬 수 있으므로 새로운 계측 솔루션과 인라인 공정 모니터링이 요구됩니다.
연결 저항 및 연속 기생부하가 나노와이어 치수가 감소함에 따라 점점 더 문제가 되어, 금속화 및 연결 공학에서 혁신이 필요합니다. TSMC와 삼성 전자는 좁은 나노와이어 기하학과의 호환성을 개선하고 저항을 낮추는 새로운 실리사이드 및 금속 합금 계획에 투자하고 있습니다. 산업계는 기생 커패시턴스를 줄이고 보다 컴팩트한 레이아웃을 가능하게 하기 위해 하향식 통합 방식과 선택적 영역 증착을 탐색하고 있습니다.
앞으로 몇 년 동안 고급 나노와이어 트랜지스터 제작에 대한 전망은 긍정적이지만 이러한 제조 문제를 해결해야 합니다. imec와 같은 컨소시엄은 주요 장비 공급업체 및 파운드리와 협력하여 2nm GAA/나노와이어 플랫폼의 프로토타입을 개발하고, 공정 통합, 수율 향상 및 비용 절감에 주력하고 있습니다. 2025년 이후 파일럿 생산이 본격화되면서 나노와이어의 균일성, 고급 재료 및 새로운 연결 방식을 위한 솔루션이 주류 반도체 제조로 전환될 것으로 예상되며, 이는 더욱 공격적인 스케일링과 새로운 장치 패러다임을 기할 것입니다.
재료 과학의 발전: 고급 나노와이어 트랜지스터를 위한 실리콘을 넘어
실리콘 기반 트랜지스터의 한계를 초과하려는 노력은 나노와이어 트랜지스터 제작을 위한 재료 과학 혁신을 가속화하고 있습니다. 2025년과 가까운 미래에는 장치 성능, 에너지 효율성 및 확장성을 향상시키기 위해 화합물 반도체 및 이종구조에 대한 집중이 커지고 있습니다.
인듐 갈륨 비소(InGaAs) 및 질화 갈륨(GaN)과 같은 III-V 화합물 반도체는 실리콘에 비해 우수한 캐리어 이동성을 나타내기 때문에 나노와이어 트랜지스터에 점점 더 많이 통합되고 있습니다. 인텔은 이러한 재료를 활용한 모든 방향의 게이트(GAA) 트랜지스터 아키텍처에서의 발전을 지속적으로 발표하고 있으며, 스위칭 속도 및 전력 감소에서 상당한 이득을 약속하고 있습니다. 2024년에는 InGaAs 나노와이어로 구성된 시험 장치가 보고되어 10nm 이하의 게이트 길이에서 더 높은 드라이브 전류와 낮은 단채널 효과를 달성하였습니다.
대만 반도체 제조 회사(TSMC)와 삼성 전자는 비실리콘 채널 재료에 대한 연구를 확대하고 있으며, 향후 몇 년 내에 파일럿 생산을 목표로 하고 있습니다. 예를 들어 TSMC의 로드맵은 Ge/SiGe(저마늄/실리콘-저마늄) 나노와이어 채널의 초기 통합 연구를 포함하고 있습니다. 삼성은 또한 FinFET의 후계기로 나노시트 및 나노와이어 FET를 적극적으로 탐색하고 있으며, 이들의 3nm 노드 목표에 재료 혁신이 중추적 역할을 하고 있습니다.
또 다른 중요한 트렌드는 전이 금속 디칼코겐화물(TMD)과 같은 2차원(2D) 재료를 나노와이어 구조에 통합하는 것입니다. 아직 주로 연구 단계에 있지만, Applied Materials와 같은 선도적인 공급업체는 2D/III-V 혼합 나노와이어 제작에 호환되는 증착 및 에칭 솔루션을 개발하여 원자 수준의 두께 제어 및 결함 최소화를 촉진하고 있습니다. 이러한 정밀함은 초저 누설 및 높은 확장성을 목표로 하는 차세대 장치에 매우 중요합니다.
앞을 바라보면, 비실리콘 재료의 채택이 가속화될 것으로 예상됩니다. 장치 소형화가 전통적인 실리콘의 물리적 및 경제적 한계에 접근함에 따라, 선택적 영역 성장, 원자층 증착 및 고급 계측 도구의 성숙은 제조업체가 다중 재료 나노와이어 트랜지스터에서 조성 및 계면 품질을 더 잘 제어할 수 있도록 해줄 것입니다. 이러한 능력이 산업화되면서, 업계 리더들은 새로운 재료 플랫폼을 활용한 고급 나노와이어 트랜지스터가 10년 말까지 고성능 및 저전력 응용 분야에서 상용화될 것으로 예상하고 있습니다.
시장 규모, 세분화 및 2030년까지의 예측
고급 나노와이어 트랜지스터 제작 시장은 2025년과 2030년까지의 연도에 강력한 성장을 이룰 준비가 되어 있으며, 이는 차세대 논리 장치, 센서 및 양자 컴퓨팅과 같은 응용 분야에서 고성능, 에너지 효율적인 반도체에 대한 수요 증가에 의해 촉발됩니다. 전통적인 평면 트랜지스터 스케일링이 물리적 및 경제적 한계에 접근함에 따라, GAA FET와 같은 나노와이어 기반 트랜지스터 아키텍처가 주요 솔루션으로 떠오르고 있습니다. 인텔, 삼성 전자 및 대만 반도체 제조 회사(TSMC)와 같은 업계 리더들은 상당한 R&D 투자를 하고 있으며, 고급 노드 로드맵에서 나노와이어 트랜지스터 기술을 파일럿하고 있습니다.
2025년에는 고급 나노와이어 트랜지스터 제작의 글로벌 시장 규모가 수억 달러에 이를 것으로 예상되며, Adoption이 가속화됨에 따라 2030년까지 20억 달러를 초과할 가능성이 있습니다. 시장은 장치 유형(GAA FET, 수직 나노와이어 FET, FinFET-나노와이어 하이브리드), 재료 시스템(실리콘, III-V 화합물, 저마늄) 및 최종 사용 부문(소비자 전자, 자동차, 산업 IoT, 데이터 센터 및 양자 기술)으로 세분화됩니다. AI 및 고성능 컴퓨팅에 대한 수요에 의해 주도된 논리 반도체 부문은 가장 큰 부분을 차지하고 있으며, 3nm 이하에서 나노와이어 트랜지스터의 통합으로 혜택을 보고 있습니다.
2025년까지 여러 파운드리와 종합 반도체 제조업체(IDM)가 GAA 나노와이어 트랜지스터의 리스크 생산을 시작할 것으로 예상됩니다. 예를 들어 삼성 전자는 2022년에 3nm GAA 프로세스의 대량 생산을 시작할 것이라고 발표했으며, 2025년까지 더 넓은 생산 및 고객 채택이 예상됩니다. 또한 인텔은 2024년과 2025년 사이에 Intel 20A 및 18A 프로세스 노드에서 RibbonFET(일종의 GAA 나노와이어 트랜지스터)를 소개할 계획을 세웠으며, 내부 및 파운드리 고객을 목표로 하고 있습니다. TSMC도 2025년경 리스크 생산에 들어갈 것이라고 예상됩니다.
경쟁 환경은 장비 공급업체 및 재료 공급자들에 의해 더욱 형성되며, ASML 홀딩 (리소그래피 시스템) 및 Lam Research Corporation (원자층 에칭 및 증착)과 같은 기업들이 나노와이어 장치에 필요한 극세 및 복잡한 아키텍처에 대응하기 위해 제공을 확대하고 있습니다.
2030년까지, 나노와이어 트랜지스터 제작에 대한 전망은 매우 긍정적이며, 더 많은 일반 소비자 전자 기기, 자동차 전자 기기 및 산업 응용 분야로의 확장을 예상하고 있습니다. 제조 성숙이 개선되고 비용이 감소함에 따라, 나노와이어 트랜지스터는 고급 논리 및 메모리 제품의 중추가 될 가능성이 높으며, 이는 반도체 산업의 기술 로드맵에서 중대한 변화를 나타내게 될 것입니다.
신흥 응용 프로그램: AI, IoT, 양자 및 엣지 컴퓨팅
고급 나노와이어 트랜지스터 제작은 2025년 및 그 이후의 인공지능(AI), 사물인터넷(IoT), 양자 컴퓨팅 및 엣지 컴퓨팅과 같은 신흥 기술 분야에 상당한 영향을 미칠 준비가 되어 있습니다. 나노와이어 트랜지스터가 제공하는 독특한 기하학과 전기적 제어는 이러한 데이터 집약적 응용 프로그램에 매우 중요한 전력 소비 및 장치 스케일링의 급격한 감소를 가능하게 하고 있습니다.
AI 하드웨어에서 나노와이어 트랜지스터는 신경 형태 컴퓨팅 아키텍처에 통합되어 있으며, 이들의 3차원 구조 및 다중 게이트 제어 가능성은 더 밀집된 시냅스 배열과 높은 에너지 효율성을 허용합니다. 인텔과 같은 기업들은 GAA 나노와이어 트랜지스터를 적극적으로 탐색하고 있으며, 이는 2025년 이후 고성능 AI 칩에서 대량 생산에 진입할 것으로 예상됩니다. 이러한 혁신은 클라우드 및 엣지 노드 모두에서 더 빠르고 효율적인 추론의 필요성을 해결합니다.
IoT의 경우, 나노와이어 트랜지스터의 초저 누설 전류 및 최소 스위칭 에너지는 분산 센서 장치에서 배터리 수명을 연장하는 데 기여합니다. TSMC와 삼성 전자는 모두 3nm 이하 노드에서 GAA 기반 나노시트 및 나노와이어 트랜지스터의 파일럿 제조를 진행하고 있으며, 이들 제품의 대량 생산이 향후 몇 년 내에 예상됩니다. 이는 IoT 종료점을 위한 컴팩트하고 고도로 통합된 SoC를 가능하게 하여 제한된 환경에서 실시간 데이터 처리 및 무선 연결을 촉진합니다.
양자 컴퓨팅도 고급 나노와이어 제작의 이점을 얻게 될 것입니다. 이러한 구조는 양자 점 및 초전도 요소의 호스트 역할을 할 수 있습니다. IBM와 같은 주요 파운드리와 협력하는 연구 그룹들은 제조 가능한 양자 컴포넌트를 위한 실리콘 나노와이어 기반 큐빗 장치를 시연하고 있습니다. 나노와이어 제작 방법의 재현성과 CMOS 호환성은 실험실 규모의 프로토타입에서 제조 가능한 양자 구성 요소로의 전환을 가속화하고 있습니다.
엣지 컴퓨팅 측면에서도, 나노와이어 트랜지스터가 높은 드라이브 전류로 초저 전압에서 작동할 수 있는 능력은 데이터 소스 근처에서의 분산 AI 추론 및 데이터 분석에 필수적입니다. 이 추세는 글로벌파운드리와 같은 반도체 제조업체의 이니셔티브에 의해 지원되며, 이들은 차세대 엣지 프로세서를 위해 나노와이어 및 나노시트 기술을 조사하고 있습니다.
2025년 및 그 이후의 전망은 주요 파운드리들이 나노와이어 트랜지스터 제작을 확장함에 따라, AI, IoT, 양자 및 엣지 컴퓨팅의 시너지적 발전이 이루어질 것으로 나타납니다. 이는 기존 트랜지스터 설계로는 달성할 수 없었던 새로운 장치 아키텍처 및 계산 패러다임을 가능하게 할 것입니다.
경쟁 환경 및 지적 재산권 동향
2025년 고급 나노와이어 트랜지스터 제작의 경쟁 환경이 빠르게 강화되고 있으며, 이는 고성능 및 에너지 효율적인 전자 제품에 대한 수요 폭증과 차세대 반도체 기술을 추구하는 공격적인 노력에 의해 촉진되고 있습니다. 인텔과 삼성 전자와 같은 주요 반도체 제조업체들은 종종 모든 방향의 게이트 FET(GAAFET)라고 불리는 나노와이어 트랜지스터 아키텍처에 대한 연구 개발을 적극적으로 진행하고 있습니다. 이러한 노력은 전통적인 FinFET의 스케일링 한계를 극복하고 논리 및 메모리 장치를 위한 3nm 이하 기술 노드를 가능하게 하려는 것입니다.
이 추세의 주목할 만한 예시로는 2025-2027년까지 대량 생산을 위한 GAAFET 및 나노와이어 기반 트랜지스터를 포함하는 생산 로드맵의 공개가 있습니다. 삼성 전자는 이미 3nm GAAFET 프로세스 기술의 시작을 발표하며 나노와이어 트랜지스터 경쟁에서 선두 주자로 자리잡고 있습니다. 한편, 인텔은 다음 해에 생산에 들어갈 것으로 예상되는 “인텔 20A” 프로세스 노드에서 나노와이어 GAAFET의 변형인 RibbonFET 디자인을 진행하고 있습니다.
지적 재산권(IP) 분야에서는 2022년 이후 나노와이어 합성, 장치 통합 및 공정 혁신과 관련된 특허 출원이 급격히 증가했습니다. 특허 데이터베이스는 확립된 IDM 및 파운드리뿐만 아니라 Applied Materials 및 Lam Research와 같은 주요 재료 및 장비 공급업체들의 활동이 급증하고 있음을 보여줍니다. 이들 기업은 나노와이어 제작에 필요한 원자층 증착, 선택적 에칭 및 계측에 대한 IP를 확보하고 있습니다. 경쟁적인 특허 환경은 아시아 및 미국에서의 연구 컨소시엄 및 공공-민간 파트너십의 적극적인 출원에 의해 더욱 형성되고 있습니다.
앞으로 몇 년 동안 기업들이 자유롭게 운영할 수 있도록 하고 소송 리스크를 피하기 위해 IP 포트폴리오의 통합 및 전략적 교차 라이센싱 거래가 진행될 것으로 예상됩니다. 새로운 참가자들이 등장하면서 업계는 더 역동적으로 변화할 수 있으며, 협업과 라이센싱 계약이 기술 전파의 주요 레버가 될 것입니다. 이 분야의 빠른 혁신 속도와 나노와이어 트랜지스터 제작의 복잡성이 향후 수년간 높은 수준의 IP 활동과 경쟁을 지속할 가능성이 높습니다.
나노와이어 제조의 지속 가능성과 환경 영향
고급 나노와이어 트랜지스터 제작의 지속 가능성과 환경적 영향은 반도체 산업이 소형화의 경계를 확장하면서 점점 더 우선시되고 있습니다. 2025년에는 주요 제조업체들이 복잡한 나노와이어 공정에서 발생하는 환경 문제를 해결하기 위해 친환경적인 관행과 생애 주기 평가를 생산 전략에 통합하고 있습니다.
중요한 지속 가능성 문제 중 하나는 고순도 전구체 및 에칭제와 같은 핵심 원자재 및 화학 물질의 사용입니다. 이는 자원 고갈과 위험한 폐기를 초래할 수 있습니다. 인텔과 TSMC는 이러한 물질의 소비 및 환경 방출을 감소시키기 위해 폐쇄형 화학 관리 시스템에 투자하고 있습니다. 예를 들어, 인텔은 2030년까지 제작 사이트에서 물의 순용을 긍정적으로 하고 폐기물 매립을 제로화하겠다고 약속하며, 2025년으로 설정된 점진적인 이정표를 가지고 있습니다. 이는 나노와이어 트랜지스터 제조에 직접적인 영향을 미칩니다.
에너지 효율성 또한 중요한 초점입니다. 고급 나노와이어 제작은 원자층 증착(ALD) 및 화학 기상 증착(CVD)과 같은 정확한 증착 기술을 요구하며, 이러한 과정은 에너지를 많이 소모합니다. TSMC는 2050년까지 글로벌 운영에 100% 재생 가능 전기를 사용하는 것을 목표로 삼았으며, 2024년 기준으로 상당 부분의 에너지를 재생 에너지로 조달하고 있으며, 2025년까지 더 많은 증가를 목표로 하고 있습니다. 제조 라인 전반의 에너지 효율적인 장비 및 공정 최적화의 채택이 웨이퍼당 탄소 발자국을 줄이는 데 도움이 됩니다.
폐기물 최소화 및 재활용도 주목받고 있습니다. 선도적인 파운드리들 사이에서 공정 화학 물질 및 물의 고급 필터링 기술과 회수 시스템 사용이 표준이 되고 있습니다. 예를 들어 삼성 전자는 반도체 팹에서 공정수 및 용매의 재활용률을 지속적으로 개선하고 있으며, 2020년대 중반부터 근접 완전 재활용을 목표로 하고 있습니다. 또한 공정 잔여물에서 희귀 및 귀금속의 회수 및 재사용이 원형 경제 이니셔티브의 일환으로 확산되고 있습니다.
앞으로 나노와이어 제작에 대한 환경 친화적인 제조 기준에 대한 산업 차원의 협력이 가속화될 것으로 예상되며, 반도체 산업 협회와 같은 조직이 나노와이어 트랜지스터 기술에 특화된 최선의 관행 및 보고 프레임워크를 주도하고 있습니다. 규제 압력이 증가하고 고객이 더 지속 가능한 전자 제품을 요구함에 따라 나노와이어 제작의 환경 관리가 중심이 될 것이며, 향후 몇 년간 공정 화학, 재료 사용 및 자원 관리를 더욱 혁신할 것입니다.
미래 전망: 나노와이어 트랜지스터 수용 및 산업 변화를 위한 로드맵
2025년 및 그 이후의 고급 나노와이어 트랜지스터 제작 로드맵은 기술 발전, 스케일링 전략 및 차세대 논리 및 메모리 장치에 대한 산업의 정렬이 융합된 것입니다. 반도체 산업이 전통적인 평면 및 FinFET 아키텍처의 물리적 및 경제적 한계에 접근함에 따라, 나노와이어 트랜지스터, 특히 모든 방향의 게이트(GAA) 구조는 전기적 제어, 확장성 및 에너지 효율성에서 뛰어난 장점을 끌어당기고 있습니다.
글로벌 반도체 생태계의 주요 플레이어들은 고급 노드에서 나노와이어 기반 트랜지스터를 채택하기 위한 공격적인 시간표를 공개적으로 제시했습니다. 삼성 전자는 2022년 중반에 3nm 기술 노드에서 GAA 나노시트 트랜지스터의 고용량 생산을 시작했으며, 2025년까지 이러한 아키텍처를 2nm 노드로 더욱 정교화할 계획을 발표했습니다. 이러한 노력은 더 긴 게이트 길이와 균일한 나노와이어 치수를 달성하기 위한 선택적 에피택시 및 원자층 에칭과 같은 고급 공정 통합을 포함합니다. 비슷하게, 인텔은 2024년 말에서 2025년 사이에 Intel 20A 프로세스에서 RibbonFET(일종의 GAA 나노리본 트랜지스터)를 도입하겠다고 약속했습니다. 이 기술은 고성능 및 모바일 애플리케이션 용도로 개선된 드라이브 전류 및 감소된 누설을 제공하도록 설계되었습니다.
재료 혁신은 나노와이어 트랜지스터 제작의 미래에 중심적인 역할을 하고 있습니다. 듀폰 및 BASF와 같은 화학 공급업체와의 협력이 새로운 고-k 유전체, 저 저항 접촉 금속, 균일하고 재현 가능한 나노와이어 형성에 필수적인 선택적 증착 화학 물질을 개발하는 데 더욱 강화되고 있습니다. Lam Research 및 ASML와 같은 장비 제공업체들은 밀집 나노와이어 배열 및 20nm 이하의 게이트 길이 제조 가능성에 필수적인 원자층 정밀 에칭 및 극자외선(EUV) 리소그래피의 경계를 계속하여 확장하고 있습니다.
표준화 노력 및 생태계 지원도 가속화되고 있습니다. 글로벌 산업 협회인 SEMI는 나노와이어 및 GAA 구조에 특화된 공정 제어, 수율 관리 및 신뢰성 표준과 관련된 문제를 해결하기 위해 작업 그룹을 개최하고 있습니다. 이러한 협력 이니셔티브는 장비 플랫폼 및 재료 간 호환성을 보장하여 파운드리 및 팹리스 회사의 수월한 전환을 촉진하는 것을 목표로 하고 있습니다.
앞으로 나노와이어 트랜지스터 기술이 2026-2028년 사이에 플래그십 논리 노드를 넘어 일반 소비자 및 엣지 컴퓨팅 제품으로 확산될 것으로 예상됩니다. 공정 성숙도와 수율 개선이 이루어지면서 장치 스케일링, 이종 통합 및 지속 가능한 제조 간의 시너지가 반도체 공급망의 포괄적인 변화를 이끄는 동력이 될 것이며, 인공지능, 5G/6G 및 고급 자동차 전자 제품의 요구를 지원할 수 있을 것입니다.
출처 및 참조
