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Sep 08. 2024
EP.55 [반도체업계 취업하기#16]MHC를 점검하자
회로설계 엔지니어가 가져야 할 역량
안녕하세요! 삼성전자 회로설계 엔지니어, 도체반쌤입니다.
오늘은 회로설계 엔지니어라면 반드시 가져야 할 역량 중 하나를 소개해드리겠습니다. 오늘 글을 읽기 전에 EP.33 MODEL PDK를 읽어보시기를 권장드립니다.
https://brunch.co.kr/@docheban77/37
회로설계 엔지니어라면 반드시
MHC를 점검할 줄 아는 역량
을 가지고 있어야 합니다.
MHC는 Model to Hardware(Silicon) Correlation을 의미합니다. MHC라는 용어자체가 중요한 것은 아닙니다. EP.33에서 회로설계 엔지니어는 MODEL PDK(Process Design Kit)를 활용해서 SPICE Simulation을 진행하고, 설계한 회로의 특성을 수학적으로 계산할 수 있다고 말씀드렸죠! 공정 산포 및 온도 조건 그리고 전압 조건을 바꾸어가면서 SPICE Simulation을 진행하는 것은 내가 설계한 회로가 실제 Hardware(Silicon)에서 내가 의도한 설계대로 잘 동작할지 미리 확인하는 절차입니다. 그런데 이렇게 중요한 MODEL PDK에 Silicon과의 정합성 문제가 있다면 어떻게 될까요?
실제 Silicon에서의 동작을 보증할 수 없는 설계를 하게 됩니다.
따라서, 회로설계 엔지니어라면 본인의 설계에서 중요한 소자(Device)가 무엇인지 인지하고, 필요하다면 파운드리 업체에게 해당 소자의 실제 Silicon 측정 결과를 요청할 줄도 알아야 합니다. 예를 들어, BGR(Band Gap Reference) 회로를 설계하는 엔지니어에게는 BJT소자의 온도별 VBE 전압 모델 정합성이 정말 중요할 수 있으니, BJT소자의 Silicon 측정 정보를 파운드리에 요청할 줄도 알아야 합니다.
BGR 회로 Scheme, 출처 : https://jehunseo.tistory.com/51본격적인 설계에 앞서 핵심 소자의 모델 정합성을 확인하는 역량은 설계 그 자체보다도 중요하다고 할 수 있습니다. 만약 MHC mismatch(모델 정합성 mismatch)가 있다면 애써 설계한 회로에 문제가 있다는 사실을 너무 늦게 발견하게 될 수 있으며, 이는 과제 일정 지연 혹은 Field 불량으로 직결되는 문제가 된답니다.
사실 MHC mismatch라는 말 자체에 모순이 있습니다.
MODEL PDK를 제작하는 과정을 말씀드리자면, 왜 MHC mismatch라는 용어에 모순이 있는지 이해할 수 있습니다. MODEL PDK제작은 파운드리 회로설계 직무 중 하나로써, MODEL PDK는 공정을 제공하는 파운드리 회사가 만드는 Design Platform입니다.
1. MODEL이라는 Design Platform을 만들기 위해서 가장 먼저, 파운드리는 공정에서 제공하는 모든 소자들의 실제 Silicon에서의 움직임을 확인합니다. 실제 Silicon에서의 움직임이란 공정산포 및 온도조건에 따른 소자들의 실제 특성을 의미합니다.
2. 그리고 이 Data를 파운드리 MODEL PDK 엔지니어에게 전달합니다.
3. MODEL PDK 엔지니어는 소자들의 Silicon 특성을 확인한 뒤, BSIM4 모델 가이드에 수록된 변수(Parameter)를 소자 별로 정의함으로써, 공식의 결과 값이 Silicon 특성이 되도록 Fitting 하는 작업을 진행합니다.
MODEL PDK 제작의 근거가 되는 Data가 Silicon data이며 해당 Silicon에 Fitting이 정확히 된 MODEL PDK라면 애초에 Model 정합성(MHC)에 Mismatch 문제가 있으면 안 되겠죠? 즉, MHC mismatch라는 말 자체가 사실은 모순이 있는 말입니다.
MHC mismatch가 발생하는 원인은 다양하지만, 가장 주요 원인으로는 Silicon data 측정 결과에 누락이 발생하는 경우입니다. 다음 예시는 이해를 돕기 위한 극단적인 예시일 뿐임을 먼저 말씀드립니다. 예를 들어, 150C 고온까지 보증하는 공정에 대한 Design Platform을 만든다고 가정해 봅시다. 파운드리 공정 엔지니어와 파운드리 MODEL PDK 엔지니어 모두 해당 공정에 대한 명확한 이해를 바탕으로 업무를 진행해야 하는데, 공정 엔지니어가 실수로 125C 온도까지의 Silicon 측정결과만 MODEL PDK 엔지니어에게 전달한 상황을 생각해 봅시다. 만약 MODEL PDK 엔지니어 또한 누락된 150C 고온 Data에 대한 피드백을 하지 않는다면, MODEL fitting 작업은 125C까지만 이루어지게 되겠죠? 즉, 125C를 상회하는 150C까지의 MODEL Fitting 작업 진행이 정확히 이루어지지 않는 것입니다. 이 과정에서 MHC mismatch가 자연스럽게 발생할 수 있는 것입니다.
회로설계 엔지니어로서 MHC를 점검하는 것은 파운드리의 Design Platform을 믿지 않는 것이 아닙니다.
오히려, 파운드리와의 건설적인 Bisuness 진행을 위한 단단한 초석이 됩니다.
