[[반도체|반도체 제조 공정
Semiconductor Fabrication
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1. 개요
파운드리(Foundry)란, 반도체 산업에서 외부 업체가 설계한 반도체 제품을 위탁받아 생산, 공급하는 공장을 가진 '반도체 위탁 생산' 업체를 말한다. 즉, 팹리스 업체와 반대로 설계와 기술 개발을 배제하고 팹을 통한 반도체 생산에 치중하는 제조 업체들이다. 프론트엔드의 후반, 공정단에만 치중하는 업체라고 보면 된다.본래 파운드리란 주조공정을 통해 금속제품을 생산하는 공장으로, 금속을 녹여 거푸집에 넣고 가공하는 생산시설인 주조소에서 유래했다.
반도체 제조회사가 설계에 따라 제조만 담당하는 파운드리 업체로 탈바꿈하는 추세의 원인은 여러 가지가 있다. 보통은 설계능력의 한계로 시장 수요를 따라가지 못하여 도태된 경우가 많다.
그 외에는 수익성의 향상을 위한 조치인데, 기밀 유지에 민감한 반도체 업계의 특성상 설계를 같이 하는 회사에는 외주를 주기 어렵기 때문에 설계 부분을 강제적으로 분리시키는 것이다. 파운드리 설비 투자만 해도 조단위는 우습게 들어가기 때문에 신흥 반도체 설계 기업은 엄두도 못낼 수준이다.
2. 역사
1980년대 반도체 연구자들과 뛰어난 기술력을 가졌지만 자본 및 생산시설이 부족한 반도체 설계업체들은 종합반도체사의 과잉설비를 이용해야 했으나, 이런 업체들의 생산소요를 안정적으로 감당할 수 있는 파운드리 업체의 필요성이 인지되기 시작했다. 1981년 서던 캘리포니아 대학교 정보과학부에서 MOSIS(metal-oxide-semiconductor implementation sevice)라는 이름으로 멀티프로젝트 웨이퍼를 주문하기 시작했고 이러한 배경과 맞물려 공업기술연구원으로부터 파생되어 창업한 TSMC는 팹리스 회사들의 기반을 제공하며 성장하게 되었고, 삼성전자와 인텔을 비롯한 IDM 업체들 또한 파운드리 사업을 분리하는 움직임을 보이게 되었다.3. 시장 점유율
| <colbgcolor=#ed0202> 분기 | TSMC | 삼성 | UMC | GFS | SMIC |
| <colcolor=#fff> Q1'19 | 48.1 | 19.1 | 7.2 | 8.4 | 4.5 |
| Q2'19 | 48.6 | 18.8 | 7.1 | 8.2 | 5.1 |
| Q3'19 | 49.2 | 18.5 | 7.3 | 8.0 | 5.3 |
| Q4'19 | 49.5 | 18.3 | 7.4 | 7.9 | 5.4 |
| Q1'20 | 54.1 | 15.9 | 7.4 | 7.7 | 4.5 |
| Q2'20 | 51.5 | 18.8 | 7.3 | 7.4 | 4.8 |
| Q3'20 | 53.9 | 17.4 | 7.0 | 7.0 | 4.5 |
| Q4'20 | 54.0 | 17.8 | 6.8 | 6.6 | 4.2 |
| Q1'21 | 54.4 | 17.3 | 7.1 | 5.5 | 4.7 |
| Q2'21 | 56.4 | 16.5 | 7.1 | 6.5 | 5.3 |
| Q3'21 | 56.8 | 16.3 | 7.0 | 6.4 | 5.4 |
| Q4'21 | 52.1 | 18.3 | 7.0 | 6.1 | 5.2 |
| Q1'22 | 53.6 | 16.3 | 6.9 | 5.9 | 5.6 |
| Q2'22 | 53.4 | 16.5 | 7.2 | 5.9 | 5.6 |
| Q3'22 | 58.9 | 15.5 | 6.6 | 5.9 | 5.4 |
| Q4'22 | 59.3 | 15.3 | 6.5 | 5.8 | 5.5 |
| Q1'23 | 59.7 | 15.0 | 6.4 | 5.7 | 5.4 |
| Q2'23 | 60.1 | 14.8 | 6.3 | 5.6 | 5.3 |
| Q3'23 | 60.4 | 14.6 | 6.2 | 5.5 | 5.3 |
| Q4'23 | 60.7 | 14.5 | 6.1 | 5.4 | 5.4 |
| Q1'24 | 61.0 | 14.3 | 6.0 | 5.3 | 5.4 |
| Q2'24 | 61.3 | 14.2 | 5.9 | 5.2 | 5.4 |
| 순위 | 기업명 | 점유율 | 비고 |
| 1 | | 61.2% | |
| 2 | | 11.3% | |
| 3 | | 5.8% | |
| 4 | | 5.4% | |
| 5 | | 5.2% | |
| 6 | | 2.0% | |
| 7 | | 1.1% | |
| 8 | | 1.0% | |
| 9 | | 1.0% | |
| 10 | | 1.0% | |
| 2023년 4분기 트렌드포스 기준 | |||
4. 국가별 업체
4.1. 한국
4.2. 대만
4.3. 미국
4.4. 중국
4.5. 유럽
유럽에서는 보통 산업용, 군사용, 우주항공용 반도체를 생산하기 때문에 회로 선폭이 굵은편이다. 더 미세한 공정을 적용한 반도체는 수입하거나 자국 내에 외국 파운드리 기업을 유치해 생산한다.[1]- X-Fab (독일) - 800nm ~ 180nm 정도의 반도체를 200~300mm 웨이퍼에서 찍어낸다.
- Mikron (러시아) - 200nm ~ 65nm 정도의 반도체를 200~300mm 웨이퍼에서 생산한다. 2023년에 28nm 공정이 예정되었으나 우크라이나 전쟁으로 2028년까지 크게 연기되었고 2030년까지 14nm 공정이 개발중이다.#
4.6. 일본
후지쯔: 지금은 통신장비 회사로 더 유명하지만, 과거에는 일본의 종합반도체사였다. 그러나 초미세 공정 개발에 소요되는 막대한 비용을 부담하기 힘들어져 미에현의 FAB을 대만 UMC에 매각하고 화상처리용 칩 설계부문은 소시오 넥스트라는 전문기업으로 분사시켰으며 주력 사업을 IT 서비스로 변경했다.- 라피더스
4.7. 기타
5. 여담
- 파운드리 업체는 완성된 칩을 생산해 파는 게 아니고 실리콘웨이퍼에 고객이 설계한 대로 특정 공정으로 처리해서 웨이퍼 채로 납품한다. 이를 검사하고 잘라서 칩으로 만드는 것은 기본적으론 다른 반도체 패키징 업체가 담당한다. 따라서 가격도 칩 당 얼마가 아니고 특정공정으로 처리한 웨이퍼 1장당으로 매긴다. 예를 들어 14nm FinFET 공정 300mm 웨이퍼 1장 당 1200달러 이런 식이다. 양품칩 수율은 고객의 설계에 따라 다르므로 기본적으로 고객의 책임이고 납품가격과 큰 관계없다.
- 고객사가 파운드리 업체와 계약을 맺을 때 찍어낼 회로가 담겨져 있는 일종의 원판, 즉 마스크를 파운드리 업체에 주고 계약이 끝나면 도로 다시 회수해간다. 마스크에는 고유의 식별번호가 있기 때문에 고객사 외에는 회로 정보를 열람하거나 복제할 수 없다. 따라서 파운드리 업체는 생산한 웨이퍼의 양품 여부를 완전히 판단할 수 없다.
- 팹리스 업체가 설계한 칩을 파운드리 업체에 생산을 의뢰하기 위해 설계와 레이아웃과 검증을 끝내는 것을 tape out이라고 한다. 이때 회로도가 아니라 배치가 끝난 도형정보로 이걸 기계가공 NC 머신에 종이테이프로 입력하듯 물리적 마스크를 만든다. 도형정보를 보통 Gerber file을 이용하였는데, 기계 설계용 프로그램 AutoCAD의 DXF 파일에 해당하였다. 그러나 최근에는 Gerber 도 해상도가 떨어져 잘 쓰지 않는다.
[1] 가령 독일은 2030년까지 인텔의 intel 14A 공정 파운드리 공장을 마그데부르크에 유치하였다.