특허청, 주요 5개국 특허 분석한 결과
핀펫은 줄고 GAA는 증가한 것으로 나타나
GAA, 3nm 반도체 공정의 핵심 기술로 평가


나노미터(nm)는 반도체 회로 선폭의 단위다. 선폭이 작을수록 칩 크기는 작아지고, 소비전력은 감소하며, 처리 속도는 빨라진다. 지금보다 많은 양의 데이터를 처리하기 위해서 5nm 기술보다 더 미세한 3nm 공정 기술이 필요하다. 이에 따라 핀펫보다 진화된 반도체 미세화 공정 기술 경쟁도 치열해질 것으로 예상된다.

반도체 미세화 공정 기술을 주도했던 핀펫(FinFET) 기술은 지고, 게이트올어라운드(GAA) 기술이 새롭게 뜨고 있다. 특허청은 20일, 주요 5개국의 특허를 분석한 결과, 반도체 미세화 공정 기술의 주력인 핀펫 기술 특허 신청 수가 지난 2017년부터 내림세로 전환됐지만, GAA 기술은 증가세를 보인다고 전했다.

전류가 흐르는 통로가 윗면-좌측면-우측면의 3면으로 이뤄지는 핀펫 기술과 달리 GAA 기술은 윗면-좌측면-우측면-아랫면의 4면으로 이뤄지는 차세대 기술이다.

핀펫 기술은 2017년 1,936건으로 정점을 찍었고, 18년 1,636건, 19년 1,560건, 20년 1,508건(예상치)으로 감소세를 보였다. 반면 GAA 특허는 매년 30% 가까이 증가세를 보이며 같은 기간 173건, 233건, 313건, 391건(예상치)으로 증가했다.

핀펫 기술 출원 순위는 TSMC(30.7%), SMIC(11%), 삼성전자(8.6%), IBM(8.1%), 글로벌파운드리(5.4%) 순으로 나타났다. 핀펫 기술은 대만, 중국, 한국, 미국 기업들이 경쟁하는 모습을 보였다. GAA 기술 특허 출원 순위는 TSMC(31.4%), 삼성전자(20.6%), IBM(10.2%), 글로벌파운드리(5.5%), 인텔(4.7%) 등 순이다. 대만, 한국 기업이 주도하고 있고 미국 기업이 추격하는 모양새다.

출원과 별개로 GAA 분야 역시 TSMC와 삼성전자만의 각축전이 될 전망이다. 핀펫(FinFET) 기술도 제대로 활용한 기업은 둘뿐이었다. 애플 M1 칩과 퀄컴 스냅드래곤 888 AP는 각각 TSMC와 삼성전자의 핀펫 기술로 제작된 결과물들이다.

삼성전자는 내년 3nm 공정부터 GAA 기술을 세계 최초로 적용할 계획이다. TSMC는 2023년 2nm 공정부터 이 기술을 도입할 예정이라고 발표한 상태다. 핀펫 분야에서 2위를 기록했던 중국의 SMIC는 순위권에서 밀려났다. 향후 이 분야에서 대만, 한국, 미국의 경쟁 속에 중국과의 격차는 더욱 벌어질 전망이다.

특허청 반도체심사과 방기인 사무관은 “현재 5nm 이하 공정 기술로 반도체 칩을 제조할 수 있는 기업은 세계에서 TSMC와 삼성전자밖에 없다”라면서도, “최근 인텔의 파운드리 사업진출, 바이든 정부의 반도체 집중투자 등을 고려하면 최첨단 반도체에 대한 기술경쟁은 더욱 심화될 것”이라고 전망했다.

그러면서 “결국 누가 얼마나 빨리 혁신에 성공하고 강한 지재권으로 후발주자의 진입을 차단할 수 있느냐가 경쟁에서 우위를 점하는 지름길이다”라고 덧붙였다.