반도체에 자주 쓰이는 단위, ‘나노’란?

1990년대만 해도 컴퓨터 저장 용량이 1기가바이트(GB) 안팎에 불과했던 것, 알고 계셨나요? HD영화 파일 1편도 담지 못하는 용량인데요. 요즘은 휴대폰의 저장 용량이 1기가바이트(GB)의 1,000배인 1테라바이트(TB)에 달할 정도이니 기술의 발전이 신기하기만 합니다. 어떻게 이 많은 데이터가 손톱만한 반도체에 들어갈 수 있을까요? 바로 나노 단위의 반도체 회로 기술로 반도체 ‘집적도’가 높아졌기 때문입니다.

‘집적’이란 모아서 쌓다라는 의미로 ‘집적도’란 반도체 칩이 얼마나 많은 논리소자(논리연산을 하는 최소 단위의 회로)로 구성되어 있는지를 뜻합니다. 작은 칩 내 집적도를 높이기 위해 현재 회로 선폭은 한 두 자릿수의 나노미터 수준에 이르렀습니다.

반도체 회로가 미세화될수록 같은 면적에 더 고용량, 고성능, 고효율의 제품을 만들 수 있는데요. 오늘은 초미세 공정을 설명할 때 자주 등장하는 ‘나노미터’에 대해 알아보겠습니다.

반도체 미세 공정 단위, 나노미터

‘나노(nano)’는 고대 그리스어로 ‘난쟁이’를 뜻하는 ‘나노스(nanos)’에서 유래됐습니다. 반도체 회로 선폭에 사용되는 단위 ‘나노미터(nm)’는 얼마나 작은 단위일까요? 일반적으로 많이 사용되는 단위인 미터(m)를 기준으로 본다면, 1나노미터는 10억분의 1미터에 해당합니다. 반도체는 이렇게 작은 단위를 다루며 눈에 보이지 않는 싸움을 하고 있죠.

나노미터(nm)는 꽃가루(약 40μm)의 4만분의 1 정도로 굉장히 작습니다. 우리 일상 속 흔히 보이는 사물과 비교하면 모래(약 1mm)의 100만분의 1, 머리카락 굵기(약 100μm)의 10만분의 1 에 해당하는 크기입니다.

현재 반도체 공정 기술은 한 두 자릿수 나노미터(nm)까지 발전했는데요. 반도체 업계는 미세화의 한계를 넘고자 회로 설계 혁신, 신 공정 도입 등 다양한 노력을 하고 있습니다. 삼성전자 또한 화성캠퍼스에 EUV 전용 ‘V1’라인을 본격 가동하며 초미세공정을 향해 달려가고 있죠.

반도체의 성능을 좌우하는 미세 공정

한자리 수 나노 공정에 진입했다는 것은 공정 단계를 줄이는 것 이상의 의미가 있습니다. 칩 크기가 작아지면 동일 면적의 웨이퍼(반도체 원재료) 안에서 더 많은 반도체를 생산할 수 있기 때문에 생산성은 물론 성능과 전력효율까지 확보할 수 있고, 이는 가격 경쟁력과도 직결됩니다.

다가오는 자율주행, 인공지능 시대도 나노 기술의 혁신이 없이는 불가능합니다. 적은 전력으로 대규모의 고속 연산을 할 수 있는 ‘저전력’, ‘고성능’ 반도체를 위해 삼성전자 또한 차세대 기술인 GAA(Gate-All-Around) 공정 등을 선보이며 미세화의 한계 극복에 박차를 가하고 있는데요. 미래 산업의 중요한 경쟁력이 될 반도체 미세화를 향한 삼성전자의 도전도 지켜봐 주세요!