반도체 제조 Foundry(파운드리) 에 대해서

파운드리란 금속 또는 유리를 녹여 반도체 제조 설계 디자인을 전문으로 하는 기업으로써 제조를 "위탁" 받아 반도체를 생산하는 기업을 의미한다, 본래는 금속제품을 생산하는 공장을 의미하였지만 1980년대 이후부터 생산장비나 인프라는 구축되어있지 않지만 뛰어난 반도체 설계 기술을 가지고 있는 기업들이 대거 등장하면서 반도체 생산만을 전문으로 하는 기업의 수요가 늘어남에 따라 반도체 산업에서의 위탁업체를 의미하는 용어로 사용되기 시작하였다.

 

공정에 따른 산업 구분

반도체를 제조시 공정시 제조공정을 간단하게 나열하면 아래의순서와 같다

설계 -> 생산 -> 조립 및 패키징 -> 검사 -> 유통

 

물론 디테일하게 확인한다면 굉장히 많은 공정을 거치게되지만 간단하게 표현하였을 때 위와같으며 위의 제조공정에서 맡고있는 공정에 따라 IDM, Fabless, Foundry, OSAT의 4가지로 분류되며 내용은 아래와 같다.

 

IDM : Integrated Device Manufacturer의 약자로써 반도체의 설계디자인부터 제조까지의 실제 최종 완제품을 내부적인 자체적으로 제조해내는 업체를 의미한다.

IDM 경우 종합 반도체 회사로 지칭되며 인텔, 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등의 회사가 대표적이다.

 

Fabless : Fab, fabrication facility 의 약자로써 반도체 개발에 필요한 내용을 설계만 진행하며 설계된 내용을 파운드리 업체에 의뢰하여 완제품을 만들어낸다, Fab은 반도체 생산시 필요한 실리콘 웨이퍼를 의미하며 해당 웨이퍼가 존재하지않는다 하여 less 라는 명칭을 사용한다.

설계만 진행하며, 모든생산은 외주업체로 의뢰함으로써 실제 제조는 관여하지않는 회사이며, 대표적으로 애플, 퀄컴, 엔비디아, AMD 회사가 대표적이다.

 

Foundry : Fabless 외부업체에서의 의뢰받은 반도체 제품을 위탁 받아 생산 전문 업체를 의미하며 Fabless업체와 반대의 성향을 가진다.

제조에 필요한 인프라가 구축된 제조 공장을 의미하며 업체로부터 의뢰받은 생산만 진행된다 TSMC, 삼성전자, UMC 등이 대표적인 회사이다.

 

 

OSAT : Outsourced Semiconductor Assembly and Test 의 약자로 반도체가 생산된 이후 반도체가 외부와의 전기적 신호를 연결하거나 열이나 습도 등 사용 환경에서의 문제가 없도록 이를 보호하기위해 후처리 공정을 도맡아 진행하는 업체를 의미하며, 후처리 공정 이후에 테스트 또한 OSAT에서 처리된다.

파운드리 업체로부터 웨이퍼를 넘겨받아 테스트 하여 상품화의 패키징 등의 마무리 후처리 공정을 맡으며 TESNA, SFA반도체, Nepes, Hanamicron, 윈팩, 엘비세미콘이 대표적인 회사이다.

 

첨단 공정 기술의 경쟁

보다 더 미세한 첨단 공정기술을 어느 회사가 가지고 있느냐로 반도체회사간 접전을 벌인다, 이 싸움의 핵심은 웨이퍼의 칩에 새겨질 논리회로인 게이트 폭을 나노미터로 집힘으로써 반도체 집적도 또는 성능을 높이는데 경쟁이 된다.

삼성전자 화성캠퍼스

국내에서는 물론이며 전세계 2위 규모를 자랑하는 반도체 파운드리 업체인 삼성전자는 현재 전세계 매출 1위를 기록하고 있는 대만 회사인 TSMC와의 격차를 좁히기 위해 2030년까지의 반도체 시스템 연구개발 및 생산시설의 확보에 투자된다라는 내용도 확인할 수 있다, 하지만 팹리스 회사의 경우 파운드리 시장에서 애플이나, 퀄컴과 같은 고객사에서 주문한 제품이 삼성 자체적으로 스마트폰용 어플리케이션 프로세서 등의 설계/판매를 담당하는 시스템 사업부가 존재하여 반도체 설계도를 넘김으로써 고객사 입장에서는 정보의 유출의 이슈로 파운드리만을 전업으로 하는 TSMC회사를 더 선호하는 이유는 바로 이러한 이유 때문이다, 따라서 삼성전자 에서는 파운드리 부문을 쉽게 떼어낼 수 없는 이유도 반도체에서 벌어들인 돈을 파운드리 부문에 투자할 수 없으므로 파운드리의 역량이 어느정도 갖출때까지 기다려야 한다는 이야기가 있다.

 

반도체 웨이퍼

얇은 기판위의 다수의 동일 회로를 만들어 반도체 직접회로가 제작된다, 웨이퍼는 즉 반도체를 만드는 가장 기초가 되는 기반이라고 보면 되겠다.

반도체 경우 정밀도에 예민하므로 웨이퍼는 고도로 평탄하다, 또한 실리콘으로 만들어 조립후 검사가 끝나면 원형판이 개별칩으로 반도체로써의 역할을 수행해낸다 재료는 대부분 실리콘으로 만들어진다, 이유인즉슨 지구상에 가장 풍부한 원소중 하나인 물체로써 열에 잘 견디는 특성을 가지고있어 공정과정 중의 열에 잘 견디므로 사용이된다 또한 결정적으로 공장이 끝나면 결정면을 자르게 되는데 잘끊어지기 때문에 사용된다.

실제 완성품인 칩은 네모인 사각형으로 제조되는데 제조되는 가장 기초가되는 웨이퍼는 원형의 모습을 보여주고 있다, 웨이퍼는 단결정을 유지하는게 중요하다

단결정이란?
덩어리 전체의 원자가 규칙적으로 배열되어 하나의 결정을 이루는것을 단결정이라 한다. 

이때 기판이 되는 웨이퍼를 사각형으로 만들고자 웨이퍼를 사각형 틀에 부어 굳히면 순도가 낮은 다결정 웨이퍼가 나오므로 원형으로 제조하는것이다, 또한 사각형 경우 원형 웨이퍼와 비교하여 상대적으로 더 불균형적인 모습을 보여준다, 원은 중심기준으로 어느방향에 있던 형태가 동일한테 사각형의 경우 모서리,꼭지점 형태적으로 균형을 잡기가 어려워 지므로 열적이든 물리적 이든 안정성이 떨어지게 된다

마이크로칩이 만들어지는 과정

위와같이 제조방식인 원형으로 빙빙 돌리는 과정이 많아 사각형을 돌리는것 보다 원을 돌리는것이 공정상 깔끔한 공정이 가능하므로 원형으로 제작되어 사각형으로 잘려 칩이 완성되는것이다.