[반도체] Foundry 핵심 역량

1. 전공정기술

삼성전자는 10nm 공정까지 TSMC와 대등한 전공정 기술을 확보했었다. 다만, 7nm 공정에서 EUV 적용을 선택한 삼성전자는 EUV 없이 개발한 TSMC보다 늦었다. ASML의 EUV 장비 개발 및 공급 시점이 생각보다 늦어졌기 때문이다.
그러나 5nm 공정부터 삼성전자가 TSMC와 거의 대등한 시점에 양산을 시작했다. 또한 최근에는 갤럭시S22에 탑재될 AP를 4nm 공정으로 제작하고 있다.

 

반도체 핵심 소자인 Transistor를 구현할때, Foundry 전공정에 요구되는 것은 처리 속도를 증가시키고, 소비 전력을 감소시키는 것이다. Transistor의 선폭이 좁아지면, 누설전류(Leakage Current)가 발생하여 Short Channel Effect가 발생한다.

누설 전류가 발생할 경우, 발열 등으로 전력 소모량이 많아진다.

Foundry 업체들은 HKMG(High-k Metal Gate)와 FinFET 공정을 적용하여 기술을 개발해 왔다. 14nm 선폭부터 적용되어 온 FinFET 공정이 4nm 미만 선폭에서는 한계를 보일것으로 판단된다.

 

그래서 Foundry 업체들은 4nm 미만 선폭에서 GAA(Gate All Around) 공정을 적용할 계획 이다. 삼성전자는 3nm 선폭부터, TSMC는 3nm 또는 2nm부터 GAA 공정을 적용할 계획이다. GAA 공정 기술 개발을 먼저 성공하는 업체가 대형 고객들에게 수주를 선점할 전망이어서, GAA가 본격적용될 2023년이 Foundry 내 High-end 시장에 변곡점이 될 가능성 높다

 

GAA를 적용하는 이유는 FinFET과 동일하다. 두 공정 모두 Transistor의 전류가 이동하는 소스와 드레인 사이에 구조를 개선하여 접촉 면적을 늘리고(속도를 증가시키고), 쥐어 짜게 만들어 누설 전류를 최소화 시키는 접근이다. GAA는 FinFET보다 전류가 이동하는 접촉 면적이 더 넓고 전류가 흐르는 채널 4면을 Gate가 둘러싸고 있다있다. FinFET보다 채널 조정 능력을 추가적으로 개선시킨 방법이다.

 

GAA는 Transistor 구조를 전면적으로 변경하는 것이기 때문에, 공정기술상 많은 어려움이 등장할 것으로 전망된다. 구조 변화로 인해 Vth(Threshold Voltage) 등 Transistor Engineering이 매우 어려워진다. 최적의 Transistor 조건을 찾기 위해
상당한 연구개발 기간이 필요하다.

 

 

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2. 후공정기술

비메모리 시장에서 후공정은 OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Test) 업체들이 담당하고 있다. 패키징, 테스트 등 후공정 기술은 난이도와 성능개선 기여도가 상대적으로 전공정 대비 낮다. 그래서 Foundry 업체들은 전문OSAT 업체들에게 후공정을 외주로 맡기고 있다.

그런데 F/O(Fan Out)과 TSV(Through Silicon Via) 등 신규 후공정 기술 도입으로, 후공정으로도 큰 폭의 반도체 성능 개선이 가능해 졌다. 실제로 현재 애플이 자사 AP인 A시리즈 칩 제작을 TSMC에 100% 의존하고 있는 이유에 TSMC의
F/O 제작 능력이 가장 크게 작용하고 있는 것으로 파악된다.

 

향후 Foundry 업체들은 직접 F/O 또는 TSV 등 후공정 기술을 내재화하여 부가가치를 상승시킬 수 있다. Foundry 업체들이 후공정 기술에 직접 관여하여, 수주 경쟁에 기회로 활용하거나 더 높은 가격을 책정 받을 수 있다.

 

삼성전자는 TSMC 대비 불리한 포지션이다. TSMC는 대만 OSAT 밸류체인과 후공정 기술 개발 로드맵을 공유하고, 서로 의지하고 있다. 그러나 삼성전자의 후공정 밸류체인은 상대적으로 빈약하다. 삼성전자가 전공정 기술 하나만으로 경
쟁력을 내세우기엔 TSMC 대비 환경이 열악하다. 비메모리 후공정 밸류체인 강화가 반드시 필요하다.

 

 

3. 고객대응능력 

Foundry 경쟁력을 위해 우선적으로 필요한 것은 팹 제조 능력이겠지만, 고객의 입장을 이해하고 대응해 줄 수 있는 역량도 필요하다. 이때 다양한IP 또는 셀라이브러리를 보유하고있는 Foundry 업체들은 고객 주문에 유기적으로 빠르게 대응할 수 있다. 고객이 칩 제작을 요구할 때, 다른 기술력 또는 조건이 동일할 경우 납기 대응력이 높은 Foundry 업체를 선택하는 것은 당연할 수 밖에 없다.