반도체 FAB In/FAB Out 이 무엇일까?
과제를 진행 하다 보면 자주 볼 수 있는 용어 중 FAB IN/FAB Out 이란 용어가 있다.
여기서 팹(FAB)이란, <제조>를 의미하는 <fabrication>의 약자로 반도체 소자(semiconductor device)를 만드는 제조라인을 가리키는 말이다.
제조하는 반도체 소자는 개별소자(discrete device)든, 통상적으로 반도체 칩이라고 하는 IC(Integrated Circuit)든 상관없고, 만드는 재료도 실리콘(Si)과 같은 단일 원소 반도체든, 갈륨아사나이드(GaAs) 같은 화합물 반도체든 상관없이, 어쨌든 반도체 물질을 사용하여 반도체 소자를 만드는 제조라인 (Fabrication = FAB) 을 가리킨다. 여기서는 편의상 IC로 설명하겠으나 개별소자의 경우도 마찬가지이다. (개별소자의 경우 팹 회사가 아닌 외부에서 설계할 일이 거의 없기에)
보통 IC 생산은 설계 회사가 설계가 끝난 후 FAB에 어떠한 매개체를 전달 해 주어야 공정이 진행 된다.
예를 들면.. LX세미콘이라는 FABLESS 회사가 본인들의 CHIP 설계가 끝난다고 해서 아무 것도 없이 FAB에 공정이 진행 될 수는 없을 것이다. 그렇기 때문에 보통 설계가 끝이 나면 설계의 최종 단계인 Layout DB를 FAB에 전달 해 주고, FAB에서는 실제로 그 Chip을 생산 하기 위해 전달받은 Layout을 Mask shop에 의뢰 하여 Mask set을 생산 하게 된다.
위의 사진 에서와 같이 IC 설계의 최종 단계인 레이아웃(layout DB)으로 만들어낸 마스크 세트(mask set)를 가지고 실리콘 원반인 베어 웨이퍼를 재료로 하여 여러 화학약품과 제조 장비를 사용하여 가공된 웨이퍼를 만드는 곳이 반도체 팹이다.
베어 웨이퍼(bare wafer)와 가공된 웨이퍼(fabricated wafer)란, - 요즘은 잘 보이지 않는 - 음악 CD로 비유하자면, 베어 웨이퍼는 공 CD에 해당하고 가공된 웨이퍼는 음악이 실린 CD에 해당한다. 베어 웨이퍼는 그저 얇은 실리콘 원반이고, 가공된 웨이퍼에 IC가 될 전자회로가 들어있다.
Mask란 멘티들이 흔히 잘 아는 바와 같이 ....사진에 비유하자면, 이 마스크는 필름에 해당하고 베어 웨이퍼는 인화지에 해당한다. 인화지에 필름을 현상하면 사진이 되듯이 베어 웨이퍼 위에 마스크를 사용하여 전자회로를 현상(photo lithography)하고 식각(etching), 증착(deposition), 임플란테이션(implantation), 확산(diffusion) 등의 여러 공정을 수십 번 반복하여 백 수십여 공정을 거쳐 전자회로 즉, IC를 만들어낸다. 우리 말로 <웨이퍼 가공업>이라 하는 것이 바로 이 팹 사업(FAB business)이다. 이 때에 FAB에 들어가는 단계를 FAB IN이라고 하고 공정이 끝난 단계를 FAB Out이라고 표현 한다.
이런 반도체소자 제조라인 다시 말해 팹은 모든 반도체회사가 갖추고 있는 것은 아니고, 종합반도체회사(IDM, Integrated Device Manufacturer)나 파운드리(foundry) 회사들 갖추고 있고 이런 팹을 갖추지 않고 IC 설계(IC design)만 하고 파운드리 회사에 제조를 위탁하는 회사가 팹리스(Fabless) 회사이다.
파운드리 회사는 자체적으로 IC 설계는 하지 않고 IC 제조만 하는데 이것을 우리말로 <웨이퍼 위탁 가공업>이라 하고 영어로는 파운드리(foundry business)라고 한다.
다시 한번 정리 하자면 <팹 인>이란 <그림 1>에서와 같이 IC 설계가 끝나 마스크가 준비되고 해당 IC를 제조할 베어 웨이퍼가 팹에 투입되는 것을 말한다. 즉, 해당 IC의 제조가 시작되는 것이고, <팹 아웃>이란 그 IC의 제조가 끝났다는 말이다.
그런데 사실 팹 아웃 시점이 IC 제조가 완료된 것은 아니다. 팹 아웃된 가공된 웨이퍼를 살펴보면 <그림 2>와 같이 되어있다.
즉, 웨이퍼 한 장에 수십, 수백 개의 다이(die)가 존재한다. 이 다이 하나가 우리가 눈으로 보는 반도체 칩 즉, IC 한 개가 될 전자회로가 들어있다. 팹은 웨이퍼 가공 즉, 이 다이를 제조하는 것까지의 임무를 수행 한다고 생각 하면 이해 하기 편할 것이다.