파운드리(Foundry)란? 펩리스 뜻, 반도체 8대 제조 공정 간단히 알아보기

반도체 제조 과정은 설계에서 시작되어 생산, 조립 및 검사, 그리고 유통 단계로 구성됩니다. 이러한 단계를 모두 아우르며 진행하는 통합 디바이스 제조업체(IDM)가 있으며, 반면에 특정 단계에 전문성을 갖춘 파운드리나 팹리스 기업도 있습니다. 현대 사회에서 반도체는 스마트폰, 컴퓨터, 자동차 등 다양한 전자기기의 핵심 구성 요소로 자리 잡고 있는데요, 때문에 방금 말씀드린 파운드리, 팹리스라는 용어를 어렵지 않게 접하게 됩니다. 반도체를 생산하는 과정을 그려놓은 본문의 이미지를 보시면 아시겠지만 중간 과정의 역할을 하는 것이 바로 '파운드리(Foundry)'입니다. 대만의 TSMC라는 기업을 통해 많은 분들이 아실 테지만, 파운드리란 구체적으로 무엇이며 어떤 일을 하는 회사일까요? 또 펩리스는 무슨 역할일까요? 반도체 제조 공정을 통해 두 뜻을 중심적으로 알아보겠습니다.

 

파운드리 뜻, 펩리스란?

 

반도체 생태계

 

 

 

반도체 제조는 크게 설계, 웨이퍼 생산, 패키징(조립)-테스트(검사), 그리고 판매-유통으로 나뉩니다. 모든 분야를 처리하는 종합 반도체 기업도 있지만, 일부를 전문적으로 작업하는 기업들도 존재하는데요. 그중 펩리스 기업은 설계를 담당, 설계 다음 공정인 웨이퍼 생산과 패키징-테스트는 파운드리 기업이 담당하게 되는 경우도 있습니다.

펩리스란?

│반도체를 설계하는 회사

팹리스(Fabless)
Fabrication+less라는 단어가 합쳐진 것으로 반도체를 직접 제조(fabrication)하지 않고 설계만 하는 기업

 

반도체 생태계 보셨죠? 본격 생산하는 파운드리 전에 설계(팹리스 기업) 단계가 있습니다. 업계 상위를 차지하는 펩리스 기업들이 바로 퀄컴 Qualcomm, 엔비디아 NVDIA, 브로드컴, 미디어텍, AMD 등입니다.

 

무공장 반도체 기업(또는 팹리스)이란, 실제 반도체 제작 공장(fabrication facilities)을 운영하지 않고, 오직 반도체의 설계에만 집중하는 회사를 의미합니다. 반도체의 설계를 전문으로 하며, 제조 과정은 직접 수행하지 않습니다. 반도체 칩이 실제로 생산되려면, 제조부터 패키징, 검사에 이르기까지 여러 단계를 거쳐야 하는데, 이 모든 과정은 외부 업체에 의해 처리됩니다. 그리고 최종적으로 완성된 반도체 칩의 소유 및 판매 권리는 무공장 반도체 기업에게 있습니다.

 

반도체 제조 설비를 짓는 데는 엄청난 비용이 소요되며, 특히 다양한 제품을 소량으로 생산해야 하는 시스템 반도체의 경우, 직접 공장을 설립하는 것은 경제적으로 비효율적일 수 있습니다. 이에 따라, 시스템 반도체를 제작할 때는 이러한 무공장 반도체 기업이 자사의 필요나 고객의 요구에 맞춰 반도체를 설계하고, 실제 제작은 전문 제조 업체에 위탁합니다.

정리하자면, 팹리스 기업은 반도체 설계에 특화된 회사로, 주로 웨이퍼 제조, 패키징, 테스트와 같은 생산 과정을 외부 업체에 맡깁니다. 이런 방식으로 제작된 반도체 칩의 소유와 판매 권리는 팹리스 회사가 보유하며, 이를 자체 브랜드로 시장에 출시합니다.

 

│세계 1위 팹리스, 퀄컴

세계 1위 팹리스 기업인 퀄컴은 스마트폰의 핵심인 AP(Application Processor) 시장에서 주도적인 역할을 하는 미국의 선도적인 반도체 설계 기업입니다. 애플과 같은 큰 고객사를 보유하고 있음에도 불구하고, 퀄컴은 자율주행, 가상현실(VR), 사물인터넷(IoT) 등 다양한 분야로 사업 영역을 확장하며 성장하고 있습니다. 최근에는 스웨덴의 자동차 기술 업체인 베오니어를 인수하여 자율주행 분야에서의 칩 개발에 적극적으로 참여하고 있습니다.

 

│엔비디아, GPU 점유율 60% 이상

엔비디아는 GPU(Graphics Processing Unit) 분야에서 강력한 입지를 가진 미국의 기업입니다. 초기에는 주로 비디오 게임의 그래픽을 처리하는 데 사용되었으나, 현재는 자율주행 자동차, 암호화폐 채굴, 데이터센터 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다. 특히, 게임 및 데이터센터 시장에서 지속적으로 성장하고 있어 그 성과가 눈에 띄고 있습니다.

 

반도체 확대 사진

파운드리foundry란?

│반도체 제조를 전담하는 생산 전문 기업

파운드리의 원래 의미는 짜인 주형에 맞게 금속제품을 생산하는 공장을 의미하였는데, 1980년대 중반 생산설비는 없으나 뛰어난 반도체 설계 기술을 가진 기업들이 등장하면서 반도체 생산을 전문으로 하는 기업에 대한 수요가 증가하였고 파운드리의 개념이 반도체 산업에 적용되어 쓰이기 시작하였다. 

(출처. 두산백과)

반도체산업에서 팹리스로 불리는 설계 전문업체가 상품을 주문하면서 넘겨준 설계 도면대로 웨이퍼를 가공해 반도체 칩을 생산하는 사업이다.

 (출처. 시사경제용어사전, 한경 경제용어사전)

 

파운드리란 반도체 칩을 설계하는 회사가 자체적으로 공장을 갖추지 않을 경우, 이들의 설계에 따라 반도체 칩을 대신 생산해 주는 서비스를 제공하는 회사를 말합니다. 이러한 파운드리 서비스는 반도체 생산 과정의 복잡성과 고비용 문제를 해결해 주는 핵심적인 해결책으로 자리매김하고 있습니다.

 

파운드리 순위 (자료. 테크인사이츠 참고)

│파운드리 세계 1위, 대만 TSMC

1987년에 창립된 TSMC는 약 35년 동안 사업을 운영해오고 있으며, "고객과 경쟁하지 않는다"를 사업 철학으로 삼고 있습니다. 사훈은 TSMC가 오직 파운드리 서비스에만 전념함으로써 세계적인 팹리스 기업들로부터 신뢰를 얻고, 그들의 제품 제작을 담당할 수 있는 기반을 마련했음을 의미합니다. 이러한 전략을 통해 TSMC는 업계에서 '슈퍼 을'이라는 독특한 위치를 확보하게 되었는데, 반도체 부품과 완제품을 모두 생산하는 삼성전자와 대비되는 전략이기도 합니다.

 

TSMC는 세계에서 가장 앞선 반도체 제조 기업 중 하나로, 애플, 엔비디아, AMD와 같은 주요 기업들과 강력한 파트너십을 구축하고 있습니다. 애플은 자사의 아이폰, 아이패드, 맥북에 들어가는 모든 애플리케이션 프로세서(AP)를 TSMC의 신형 제조 공정을 이용해 생산하고 있습니다. TSMC의 총매출 중 애플이 차지하는 부분은 약 27%로, 매출의 중요한 부분을 차지하며 핵심 고객사입니다. 올해 애플의 A17 바이오닉 AP도 TSMC의 3 나노미터 공정을 통해 제작될 예정입니다.

 

중국의 주요 스마트폰 제조사들인 샤오미, 오포, 비보, 화웨이 역시 그들의 AP를 TSMC에 제작을 맡기고 있습니다.

우리나라를 포함, 전 세계적으로 애플이 잘 팔릴수록 TSMC의 매출이 올라가고, 시장 파이는 동일하기 때문에 반대로 삼성폰 점유율이 낮아지면서, 삼성의 파운드리 사업도 어려워질 것임이 짐작되는 구조입니다.

반도체 생산 공장

 

파운드리 회사의 반도체 칩 제조 과정

파운드리는 주로 고객사로부터 반도체 칩의 설계도를 받아, 실제 칩을 제조하는 역할을 담당한다고 했습니다. 널리 알려진 회사로는 삼성전자, TSMC, 인텔, ASML, 엔비디아 등이 있습니다. 이 과정에는 웨이퍼 제조, 회로 패턴 형성, 칩 분리 및 검사 등 다양한 단계가 포함됩니다. 파운드리는 이러한 제조 과정을 최적화하고, 대량 생산을 통해 비용 효율성을 높이는 데 중점을 둡니다.

 

│웨이퍼 제조

제조 과정의 첫 단계는 실리콘 웨이퍼의 제조입니다. 실리콘 크리스털을 고온에서 용융시킨 후, 조심스럽게 당겨내어 긴 실리콘 봉을 만들고, 이를 얇게 절단하여 웨이퍼를 제작합니다. 이 웨이퍼는 반도체 칩 제조의 기반이 되며, 표면의 매끄러움과 순도가 매우 중요합니다.

 

│회로 패턴 형성

웨이퍼 제조 후, 광리소그래피 과정을 통해 실리콘 웨이퍼 위에 정밀한 회로 패턴을 형성합니다. 이 과정에서는 빛과 화학 물질을 사용하여 웨이퍼 표면에 고객사의 칩 설계에 따른 미세한 회로 패턴을 만듭니다. 이 패턴은 나중에 전기적 신호를 전달하는 칩의 기능적 부분이 됩니다.

 

│칩 분리

회로 패턴이 형성된 웨이퍼는 다양한 처리 과정을 거친 후, 개별 칩으로 분리됩니다. 이 과정에서는 정밀한 절단 기술이 사용되며, 각 칩은 이후의 검사 및 포장 과정을 위해 준비됩니다.

 

│검사

최종적으로, 모든 칩은 성능과 품질을 검증하기 위해 철저한 검사 과정을 거칩니다. 이 과정에서는 전기적 테스트를 비롯하여 각종 물리적 테스트가 수행되며, 불량품은 이 단계에서 제거됩니다.

 

파운드리는 이러한 고도로 전문화된 제조 과정을 통해 고객사의 칩 설계를 실체화합니다. 대량생산을 통해 비용 효율성을 높이는 것은 물론, 제조 과정의 지속적인 최적화를 통해 반도체 칩의 품질과 성능을 개선하는 역할을 하고 있습니다.

 

반도체 8대 공정

위에서 설명한 제조 공정을 단순화하면 다음과 같습니다. 반도체 8대 공정입니다. 말로 하는 설명보다 그림이 이해가 더 쉬우니 함께 보실까요? 자료는 Sansung Semiconductor Newsroom 사이트의 것을 사용하였습니다. 해당 사이트에서는 반도체에 관한 많은 정보를 정확하고 상세하게, 또 재미있게 전달하려고 노력하고 있으니 여러분도 참고해 보시면 좋을 것 같습니다.

반도체 8대 공정 (출처, news.samsungsemiconductor.com)

반도체 8대 공정 (출처, news.samsungsemiconductor.com)

반도체 8대 공정 (출처, news.samsungsemiconductor.com)

 

https://news.samsungsemiconductor.com/kr/%eb%b0%98%eb%8f%84%ec%b2%b4-%eb%b0%b1%ea%b3%bc%ec%82%ac%ec%a0%84-ep-6-%eb%b0%98%eb%8f%84%ec%b2%b4-8%eb%8c%80-%ea%b3%b5%ec%a0%95-%ec%99%84%eb%b2%bd-%ec%a0%95%eb%a6%ac-%eb%b0%98/

[반도체 백과사전 Ep.6] ‘반도체 8대 공정’ 완벽 정리! 반도체 칩은 어떻게 만들어질까?

 

파운드리가 중요한 이유

파운드리 서비스의 가장 큰 장점은 반도체 설계 회사가 고비용의 제조 설비에 투자하지 않고도 최근 기술을 사용하여 칩을 생산할 수 있다는 점입니다. 이는 특히 중소 규모의 반도체 회사에게 큰 이점으로 작용하며, 기술 혁신의 속도를 높이는 데 도움을 주고 있습니다. 때문에 파운드리 산업의 발전은 전 세계 반도체 시장의 다양성과 경쟁력을 강화하는 역할을 합니다.

 

│급증하는 수요

메모리 반도체 분야에서 큰 변화가 일어나고 있습니다. 생성형 인공지능(AI)의 인기가 급증함에 따라, 모바일, PC, 서버와 같은 기존의 수요를 넘어서 AI 프로세서를 위해 특화된 메모리에 대한 요구가 급격히 늘어나고 있습니다. 이제 파운드리는 반도체 산업 내에서 빼놓을 수 없는 중요한 구성 요소입니다. 복잡하고 비용이 많이 드는 반도체 제조 과정을 전문적으로 처리함으로써, 반도체 설계 회사들이 자원과 시간을 연구개발에 더 집중할 수 있도록 돕습니다.

 

미국 테크뉴스 Nextflatform에 따르면, 인공지능(AI) 반도체 위탁생산으로 인해 2030년까지 대만의 TSMC 매출 규모가 인텔 파운드리의 외부 수주 매출의 3배가 넘을 것이라고 예상됩니다. 아쉽게도 AI 반도체 분야가 급성장하는 분위기 속에서 TSMC의 파운드리 업계 1위가 더욱 단단해질 것 같습니다. 지금까지 반도체 제조 공정을 간단히 살펴보면서 파운드리(Foundry)란 무엇인지, 펩리스의 뜻을 반도체 8대 공정과 함께 알아보았습니다. 치열한 세계 경쟁 속에서 고군분투하는 우리 기업들에게 응원을 보내며 글을 마칩니다.