인문학적 반도체_2. 반도체 개발 과정

3장. 반도체는 어떻게 만들어지나?

2. 반도체 개발 과정

반도체 전(全)공정 개괄

그럼 이제 본격적으로 반도체 전(全)공정의 개발과정에 대해 알아보는 시간을 가지겠습니다. 

어떤 예술가의 작업과정을 예로 들어보겠습니다.  

[ 화가의 작업과정 ]

한 화가가 산에 가는 사람을 보고 이를 화폭에 담는다고 칩시다. 

그런데 이 그림을 여러 사람에게 보여주기 위해 필름 카메라로 사진을 찍어 사진을 인화한다고 해봅시다. 그럼 암실에 들어가 필름에 빛을 쪼여 인화지에 자신의 그림 상이 맺히는 사진 인화작업을 하겠지요. 

그렇게 여러 장의 사진을 인화하여 하나하나 잘라 예쁘게 개별 포장하여 구매를 원하는 사람들에게 나누어 줄겁니다. 

반도체를 만드는 과정도 이와 유사합니다. 

반도체 개발자가 시장의 니즈나 자신의 아이디어를 바탕으로 어떤 반도체를 만들것인가 제품 기획을 합니다.

이에 따라 회로설계를 하고 이를 실제 반도체 위에 형성될 트랜지스터 형태로 그리는 Layout이라는 작업을 합니다. 

그후 위에서 필름역할을 하는 것과 유사한 Mask라는 설계도면 유리기판을 제작하고 반도체를 만들기 시작합니다. 

반도체를 제작하는 방법은 사진을 인화하는 것과 유사합니다. 즉 필름역할을 하는 Mask를 인화지와 같은 역할을 하는 실리콘 Wafer위에 회로 패턴을 찍어냅니다. 이를 Fabrication, 줄여서 Fab이라고 합니다. 

그후 EDS라는 웨이퍼 수준의 검사 후 조립을 진행하고 최종검사인 Final Test를 합니다. 

그후 신뢰성 테스트인 Qual을 진행하여 최종적으로 고객에게 출하합니다. 

[ 반도체의 작업과정 ]

제품 기획에서 Layout까지를 설계단계, 제조인 FAB단계를 전(前)공정, EDS, 조립, F/T단계를 후(後)공정이라고 합니다. 

그리고 통상 Fabless 회사에서 진행하는 회로설계 단계를 Front-end design 이라고 하고, 디자인하우스에서 진행하는 Layout업무를 Back-end design 이라고 합니다.

FAB, 즉 Wafer를 가공하여 칩을 만드는 과정도 FEOL, Front end of line이라는 Active layer를 만드는 공정과 BEOL, Back end of line 이라고 배선을 연결하는 공정으로 나누어 집니다. 

[ Fabless회사의 SoC 개발 Process ]

위의 순서도는 SoC를 설계하는 Fabless회사의 개발 단계를 도식화한 것입니다. 

주의해서 보셔야 할것이 SoC의 경우 칩 설계뿐 아니라 이를 구동하는 SW도 매우 중요해서 SW개발절차도 같이 명시되어 있습니다. 

주로 AP등 SoC를 개발하는 Fabless회사는 칩과 함께 Software Development Kit이라 불리는 SDK,즉 기본적인 Embedded SW도 같이 고객사에 제공하고 있습니다. 

이런 SDK를 제공해야 이를 응용하여 최종 제품을 만드는 제조사가 제품을 만드는 것이 가능합니다.

SDK에는 API, IDE, Kernel, Library, 코드 샘플 및 기타 유틸리티와 이들의 사용설명서까지를 포함합니다.

그래서 칩설계 인력보다 SW개발인력이 더 많은 경우도 있습니다.