글로벌파운드리(GF)가 내년부터 22나노 완전 공핍형 실리콘-온-인슐레이터(Fully Depleted Silicon On Insulator, FD-SOI) 공정을 도입하고 본격적인 파운드리 서비스에 나선다.

16일 GF는 독일 드레스덴 생산 라인에 2억5000만달러를 투자해 기존 28나노 벌크형 CMOS(complementary metal-oxide semiconductor, p-n 접합 상호보완적 금속산화 반도체) 공정 라인 대부분을 FD-SOI 생산용으로 전환할 계획이라고 밝혔다. 22나노 FD-SOI 공정 기술에 대한 GF 내부 명칭은 ‘22FDX’다. GF 드레스덴 공장의 생산 용량은 300mm 웨이퍼 투입 기준 월 5만장. 이 가운데 절반 가량이 28나노 CMOS 공정에 할당돼 있다. 그렉 바틀렛 GF 수석부사장은 “2017~2018년에는 드레스덴 공장의 28나노 CMOS 라인 대부분이 22FDX로 전환될 것”이라고 말했다. GF 측은 22FDX 공정으로 생산된 칩은 28나노 CMOS 공정 칩 대비 면적이 20% 줄어든다고 설명했다.

FD-SOI는 매우 얇은 절연 산화막이 형성(Silicon On Insulator)된 전용 실리콘 웨이퍼 위로 평면형 트랜지스터 전극을 구성하는 공정 기술이다. 실리콘 웨이퍼 위로 올라간 절연 산화막은 트랜지스터 아래쪽 공간을 완전히 공핍(혹은 밀봉 Fully Depleted) 하기 때문에 전자가 게이트(소스→게이트→드레인)를 거쳐 이동할 때 발생하는 기생 용량(parasitic capacitance)을 낮추고 누설 전류도 크게 감소시킨다. 그간 여러 기업과 연구 컨소시엄이 공핍(SOI)과 관련한 방법론을 제시한 바 있으나 ‘완전하게’ 공핍하는 것은 ST마이크로의 특허 기술이다.

FD-SOI 공정을 적용한 제품은 기존 일반적인 CMOS 반도체 대비 동작 전압이 낮아 에너지 효율성도 높다. GF는 자사 22FDX 공정에서 0.9볼트(V)로 구동되는 하이케이메탈게이트(HKMG)를 채용, 기존 CMOS 대비 소비전력을 70% 개선할 수 있다고 강조하고 있다. 0.4V 저전력 공정에선 최대 90%까지 전력 소비를 줄일 수 있다. 전자가 흐르는 채널 영역에 불순물(Dopant)을 첨가하지 않아도 된다. 이 덕에 전체적으로는 생산 공정 수를 10% 이상 줄일 수 있다.

회사 측은 “14나노 핀펫 CMOS 공정은 고성능 스마트폰용 칩이 주로 생산되겠지만, 그 외 중저가 스마트폰 칩, TV용 셋톱박스, 사물인터넷(IoT)용 칩은 FD-SOI 공정 수요가 상당히 있을 것”이라고 말했다.

한편 ST마이크로는 2013년부터 28나노 FD-SOI 공정의 양산 체제를 구축한 상태다. 삼성전자도 ST마이크로의 기술을 들여와 28나노 FD-SOI의 양산 채비를 서두르고 있다.

<한주엽 기자>powerusr@insightsemicon.com