수율 잡은 삼성전자…"이젠 '쌓고 묶는' 패키지 전쟁"

삼성, 수율 안정화 이어 패키지 기술도 공격 행보
초미세 공정 한계 부딪히자 패키지 기술 도전
"아이디어만 가져오면 알아서 해준다" 자신감

[서울=뉴시스]삼성전자가 최첨단 EUV(극자와선 노광공정) 시스템반도체에 업계 최초로 적용한 3차원 적층 기술 'X-큐브'.(사진=삼성전자 뉴스룸 제공) photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]이인준 기자 = "아이디어만 가져오면 나머지는 삼성이 알아서 해드립니다."(강문수 삼성전자 AVP사업부 부사장)

삼성전자 파운드리(반도체 위탁생산) 사업부가 '첨단 패키지(Advanced Package)' 공정에서 TSMC와 전면전을 선언했다.

첨단 패키지는 여러 반도체를 쌓거나 묶는 것으로, 반도체 미세화 공정 한계를 돌파할 기술로 통한다. 삼성전자는 그동안 패키지 분야에서 TSMC에 상대적으로 더디다는 평가를 받았다. 하지만 최근 수율(합격품의 비율) 측면에서 TSMC를 따라잡았다는 평가가 나오는 가운데, 패키지 분야에서도 공격적인 행보를 보이고 있다.

12일 업계에 따르면 삼성전자는 첨단 반도체 패키지 협의체인 'MDI 연합' 출범을 계기로 올 하반기 평택 3라인 파운드리 제품 양산을 통해 파운드리 사업 경쟁력을 강화해 나갈 방침이다.

MDI 연합에는 삼성전자의 파운드리 생태계 파트너사인 'SAFE(Samsung Advanced Foundry Ecosystem)'사와 메모리, 패키지 기판, 테스트 분야 기업 등이 대거 참여한다. 이 연합은 특히 반도체 회로가 얼마나 더 작아질 지 회의가 커지는 상황에서, 반도체 패키징 공정의 해법 마련에 적극 나선다.

반도체 패키지는 말 그대로 회로를 포장하는 것을 뜻한다. 과거에는 이 패키지 기술은 단순히 회로에 전력을 공급하기 위해 기계적으로 연결하고, 물리적 충격으로부터 보호하는 역할에 그쳤다.

하지만 반도체 공정이 미세화될수록 칩이 제 성능을 발휘하도록 하는 데 어려움이 커졌다. 또 미세화만으로 성능을 개선하는 것도 한계에 봉착했다.

그래서 대안으로 떠오른 것이 패키지 기술이다. 단적으로 반도체 여러 개를 수평 또는 수직으로 연결하는 이종집적(Heterogeneous Integration) 기술이 주목받고 있다. 개별적으로 만들던 두뇌 역할을 하는 프로세서(CPU), 메모리, 그래픽처리장치(GPU), 신경망처리장치(NPU) 등을 하나로 묶는 것이다.

이를 통해 같은 면적에 더 많은 트랜지스터를 쌓을 수 있어 부피도 줄어든다. 또 소비전력을 최적화할 수 있어 성능 개선도 기대할 수 있다. 시장조사기관에 따르면 첨단 패키지 시장은 2021년부터 2027년까지 연평균 9.6%의 고성장을 기록할 것으로 예상된다.

[서울=뉴시스]삼성전자 AVP사업팀 강문수 부사장 (사진 = 삼성전자) 2023.3.23. photo@newsis.com *재판매 및 DB 금지

"아이디어만 가져오라"…삼성 첨단 패키지 '자신감'

삼성전자의 첨단 패키지 사업도 올해를 기점으로 가속도가 붙고 있다.

삼성전자는 지난해 12월 첨단 패키지 기술 강화 및 사업부 간 시너지 극대화를 위해 DS(반도체) 부문 내 AVP(Advanced Package) 사업팀을 신설했다. 또 올해는 TSMC에서 약 19년간 패키징 기술 개발했던 린준청 부사장을 영입했다.

첨단 패키징 기술인 FOWLP(Fan-Out Wafer level Package)를 기반으로 차세대 그래픽 D램 기술 'GDDR6W(x64)'도 메모리 업계 최초로 제시했다. 이 기술은 반도체 칩을 기판이 아닌 웨이퍼에 직접 부탁해 부피를 줄이는 것이다. 이를 통해 같은 면적의 패키지 안에 메모리 칩을 2배로 넣을 수 있어 성능이 획기적으로 개선된다.

그동안 FOWLP는 TSMC가 2016년 상용화한 이후 시장을 선도해온 기술이었으나, 삼성전자가 올해 하반기 양산 라인에 도입할 예정이어서 경쟁이 불가피할 전망이다.

삼성전자의 첨단 패키지 기술을 앞세워 대형 고객사 확보에 전력 투구한다. 엔비디아와 애플, AMD 등 반도체 팹리스(설계 기업)들은 서로 다른 반도체를 하나로 묶어 강력한 성능을 내는 데 집중하고 있다.

삼성전자는 TSMC와 달리 세계에서 유일하게 메모리, 파운드리, 패키지 사업을 모두 가지고 있는 회사라는 점을 앞세워 고객 확보에 주력할 전망이다.

삼성전자는 최근 파운드리포럼에서 '최첨단 패키지 원-스톱 턴키 서비스'라는 새로운 개념의 서비스를 제공하겠다고 밝혔다.

고성능 컴퓨팅(HPC), 오토모티브 등 응용처별 차별화된 패키지 솔루션도 개발 중이다.

특히 삼성전자는 로직 반도체와 고대역폭메모리(HBM)를 평평한 판 위에 얹어 하나의 반도체처럼 동작하게 하는 2.5차원(2.5D) 패키지 'I-큐브', 최신 극자외선(EUV) 공정으로 만든 얇은 칩을 수직으로 쌓아 하나의 반도체로 만드는 'X-큐브' 기술을 보유하고 있다.

강 부사장은 "설계 인프라, 설계, 제조, 테스트, 조립에 이르기까지 모든 과정을 삼성전자에서 지원하겠다"며 "아이디어 또는 설계만 가져오면 나머지는 알아서 처리해드릴 것"이라고 말했다.

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