5nm, 3nm 공정이란? 공정 미세화 기술의 이해

작성일: 2025년 5월 30일

1. 반도체 공정이란?

반도체 공정이란, 실리콘 웨이퍼 위에 트랜지스터와 회로를 미세하게 가공하여 하나의 반도체 칩(IC)을 제작하는 전 제조 과정입니다. 이 과정은 수백 단계를 거치며, 미세화가 진행될수록 성능과 전력 효율이 향상됩니다.

그중에서도 공정 미세화는 반도체 기술의 핵심으로, 5nm, 3nm 공정은 현재 가장 앞선 제조 기술을 의미합니다.

nm(nanometer)는 10억분의 1미터로, 반도체 세계에서는 트랜지스터의 크기나 간격을 나타낼 때 사용됩니다.

다만 현재는 실제 물리적 거리보다는 트랜지스터 밀도 및 성능 향상 기준으로 사용되는 명칭입니다.

즉, ‘5nm 공정’이라 해서 모든 선폭이 5nm라는 의미는 아니며, 주로 **업계 마케팅 명칭이자 기술 등급**으로 이해해야 합니다.

공정을 미세화할수록 다음과 같은 효과가 있습니다:

예를 들어, 3nm 공정으로 설계된 칩은 5nm 칩보다 최대 20~30% 더 빠르고, 30~50% 전력 효율이 좋습니다.

트랜지스터 채널을 입체적인 "지느러미(Fin)" 구조로 만들어, 제어력을 높인 기술입니다. 22nm부터 도입되어 5nm 공정까지 널리 사용되었습니다.

GAA(Gate-All-Around)는 트랜지스터를 4면으로 감싸 제어하는 차세대 구조입니다. FinFET보다 전류 누설이 적고, 더 작은 면적에서도 효율적인 제어가 가능합니다.

삼성전자는 2022년 세계 최초로 GAA 기반 3nm 공정 양산에 성공했습니다.

2025년 현재, 다음과 같은 기업들이 3nm 공정 기술을 상용화 중입니다:

현재 TSMC가 파운드리 시장 점유율 1위를 유지하고 있으나, 삼성전자는 기술 경쟁력에서 GAA 기반으로 차별화 시도 중입니다.

공정이 작아질수록 양자 터널링 현상, 누설 전류 증가, 열 관리 등의 물리적 한계에 도달하게 됩니다. 따라서 미세공정이 계속 이어지기 위해선 다음과 같은 기술이 함께 필요합니다:

5nm와 3nm 공정은 단순한 기술 명칭을 넘어, 반도체 산업의 경쟁력, 혁신, 미래 성장성을 보여주는 척도입니다.

공정이 작아질수록 더 많은 성능을 담을 수 있고, 효율적인 에너지 소비가 가능해집니다. 이는 곧 고성능 컴퓨팅, 인공지능, 자율주행, 6G 통신 등 차세대 기술을 가능하게 합니다.

공정 미세화 기술은 앞으로도 계속 진화할 것이며, 그 중심에는 TSMC, 삼성전자, 인텔과 같은 글로벌 기업들의 치열한 기술 경쟁이 있습니다.