반도체 공정이 미세화되면서 기존 구조의 한계를 극복하기 위해 도입된 새로운 업체 구조 원리가 궁금해요

Question

반도체 공정이 미세화되면서 기존 구조의 한계를 극복하기 위해 도입된 새로운 업체 구조 게이트 기술의 원리가 궁금한데 채널의 모든 면을 게이트가 감싸면서 얻게 되는 전류 조절 능력과 실제 양산 과정에서 발생하는 기술적인 난제는 무엇인가요?

Answer 1

안녕하세요. 최정훈 전기기사입니다.

반도체 소자가 미세화되면서 누설 전류를 막기 위해 채널의 4면을 게이트가 모두 감싸서 전류 제어력을 극대화한 GAA 구조가 도입되었어요. 이 방식이 전력 효율을 높이고, 성능을 개선하지만은 나노시트를 얇고 균일하게 적층하는 공정 난이도가 워낙 높습니다. 그래서 실제로는 수율 확보가 진짜 쉽지 않구요. 구조가 복잡해질수록 기생 정전 용량이 커지는 물리적 한계도 있습니다. 그래도 차세대 공정의 핵심기술로 자리를 잡아가고 있는게 현실이기도 합니다.

Answer 2

안녕하세요. 최광민 전기기사입니다.

결론부터 말씀드리면 미세화 한계를 극복하기 위해 도입된 구조는 게이트가 채널을 여러 면에서 감싸 전류를 더 정밀하게 제어하는 방식이며, 대표적으로 핀펫과 게이트 올 어라운드 구조가 사용됩니다. 기존 평면 구조에서는 채널 한쪽 면만 제어하다 보니 누설전류가 증가하고 스위칭 특성이 나빠지는 문제가 있었지만, 채널을 입체적으로 감싸면 전기장이 더 강하게 작용해 전류를 더 확실하게 차단하고 흐르게 만들 수 있습니다.

특히 게이트가 채널을 전면적으로 감싸는 구조에서는 문턱전압 제어가 용이해지고 누설전류가 크게 줄어들어 저전력과 고성능을 동시에 확보할 수 있습니다. 이는 트랜지스터가 작아질수록 심해지는 단채널 효과를 억제하는 데 매우 중요한 역할을 합니다.

다만 실제 양산에서는 구조가 복잡해지면서 공정 난도가 크게 증가합니다. 채널 형성, 게이트 균일성 확보, 식각 정밀도, 재료 간 계면 품질 유지 등이 어려워지고, 미세한 오차도 성능 편차로 이어질 수 있습니다. 결국 성능은 좋아지지만 제조 공정 관리와 수율 확보가 가장 큰 과제가 됩니다.