반도체(Semiconductor)란?
도체와 부도체의 중간 영역에 속한 물질
도체는 전기전도도가 높은, 전기가 잘 흐르는 물질로 금, 구리, 철, 알루미늄 등이 있다.
부도체는 전기가 통하지 않는 물질인 고무, 플라스틱을 말한다.
반도체는 불순물을 임의적으로 주입해서 조건에 따라 전기를 제어하는 성질을 이용하는 장치이다.
대표적인 반도체의 성분은 규소(Silicon)로, 실리콘의 발견이 반도체의 발전에 큰 영향을 미쳤다.
순수 규소 결정은 전기전도도가 낮고 저항이 크다. 따라서 불순물을 주입하여 조절한다.
반도체는 디지털 기기에 사용되기 때문에 전기의 흐름이 중요하다. 이를 활용해 전자기기를 제어한다.
최초의 반도체는 트랜지스터이다.
Trans+Register의 합성어로 전자회로 내에서 전자의 증폭과 스위칭을 담당하는 소자이다.
반도체는 IC 또는 칩이라 불리는 집적회로이다.
집적회로는 하나의 반도체 기판에 다수의 트랜지스터, 다이오드, 저항, 캐패시터 등 많은 소자를
초소형 전자회로로 구성해 하나의 칩 안에 집적한 것이다.
반도체 용어 정리
나노(Nano)
점점 더 작고 복잡해지는 전자기기에 들어갈 수 있도록 반도체 칩도 아주 작게 만들어야한다.
아주 작은 공간에 더 많은 논리 소자를 구현해 공간의 한계를 극복해야한다.
이 회로 선폭에 사용되는 단위가 나노미터 (10억분의1미터)이다.
따라서 반도체 웨이퍼에 미세한 회로를 그려넣는 초미세 공정 기술을 확보하는 것이 경쟁력이 된다.
기존보다 미세한 반도체를 그려낼 수 있게 된 것은 EUV(Extreme Ultra Violet : 극자외선) 노광 기술 덕분이다.
웨이퍼에 회로를 그려 넣는 포토 공정에 사용된다.
포토 공정에 사용되는 광원들 중에서 가장 파장이 짧아서 미세한 회로를 그릴 수 있다.
수율(Yield)
반도체에서 수율은 결함이 없는 합격품의 비율을 뜻한다.
웨이퍼 한 장에 설계된 칩의 최대 개수 대비 정상 작동하는 칩의 수를 백분율로 나타낸 것이다.
메모리&시스템 반도체
시스템 반도체는 저장된 정보를 기반으로 연산, 명령을 내리는 역할을 수행한다. (예 : CPU)
메모리 반도체는 정보를 저장하는 역할을 수행한다. (예 : SSD)
연산, 명령을 내리는 뇌의 역할 : CPU, AP, NPU
CPU : 컴퓨터에 탑재되어 두뇌 역할을 하는 중앙처리장치
AP (Application Procoessor) : 스마트폰, 태블릿에서 두뇌 역할을 한다.
AP는 CPU는 물론 그래픽, 카메라, 통신 등 다양한 기능을 하나의 칩으로 만든 시스템 반도체이다.
NPU (Neural Processing Unit, 신경망 처리장치) : AI 연산을 하기 위한 특수 목적 프로세서
복잡한 연산을 빠르게 처리한다.
이미지를 처리하는 눈의 역할 : 이미지센서, DDI
이미지센서는 카메라 렌즈를 통해 들어온 이미지를 디지털 신호로 변환해 디스플레이 장치로 볼 수 있도록 만들어준다.
DDI (Display Driver IC)는 스마트폰과 TV의 화면 구동 장치이다.
디스플레이 하나의 화소에는 빛의 삼원색인 RGB를 표시하는 부화소에 트랜지스터가 설계되어 있는데,
DDI는 이를 조절하는 역할을 한다.
메모리 반도체
메모리반도체는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리로 나뉜다.
휘발성 메모리는 전원이 꺼지면 정보가 날아간다. 대표적으로 DRAM이 있다.
낸드플래시보다 처리 속도가 빠르며 PC, 모바일제품, 서버에 사용된다.
비휘발성 메모리는 전원이 공급되지 않아도 저장된 정보가 그대로 남아있다. 대표적으로 낸드 플래시가 있다.
DRAM에 비해 속도는 느리지만 영구저장된다. 노트북에 들어가는 SSD나 USB등의 저장장치에 사용된다.
반도체 산업의 생태계
반도체 분야에는 다양한 종류의 회사들이 설계, 생산, 조립, 검사, 유통의 과정에서 밀접한 관계를 맺는다.
종합 반도체 기업 IDM은 전 분야를 종합적으로 갖춘 기업으로 대표적으로 삼성전자가 있다.
웨이퍼 생산 설비인 FAB을 갖추고 반도체 설계, 웨이퍼 가공, 패키징, 테스트로 이어지는
반도체를 만들기 위한 과정을 수행한다.
반도체 생태계는 반도체 생산을 위해 여러 기업들이 서로의 필요를 충족 시키며
협력하고 있는 반도체 산업 환경을 말한다.
반도체 생산 과정은 크게 설계 - 웨이퍼 생산 - 칩 분리 - 패키징 - 품질 검사 - 출하로 이루어진다.
반도체를 만들기 위해서는 먼저 설계를 하고, 그 설계를 가지고 웨이퍼를 생산하며
그렇게 만들어진 웨이퍼에 있는 수백개의 칩을 낱개로 하나하나 잘라내어
기판이나 전자기기에 장착할 수 있게 포장하는 패키징을 거치게 된다.
그리고 품질 검사를 진행하여 제품이 나온다.
이 모든 과정을 하나의 기업에서 할 수도 있지만 다양한 형태의 기업들이 협력하는 생태계를 만들고있다.
종합 반도체 기업 IDM(Integrated Device Manufacturer)은 반도체 설계부터 생산, 판매까지 모든 공정을 갖춘 곳으로
대표적인 곳이 삼성전자이다.
설계 기술만 가진 곳을 팹리스(Fabless)라고 한다.
반도체 웨이퍼 생산 설비를 Fabrication facility 라고 하는데 줄여서 FAB, 즉 팹이 없다고해서 팹리스라고 한다.
설계를 하지 않고 반도체를 위탁 생산만 하는 업체를 파운드리(Foundry)라고 한다.
팹리스
아이디어와 기술을 바탕으로 반도체 칩을 설계하는 회사
다품종 소량생산, 기술적 다양성이 필요한 시스템 반도체가 주로 팹리스 형태이다.
파운드리
팹을 보유하고 위탁 반도체를 생산하는 기술 서비스 회사
팹을 운영하기 위해서는 고액의 투자비용, 공정기술 개발, 고도의 생산기술을 필요로 하기 때문에
모든 회사가 반도체를 생산할 수 없다.
디자인하우스
팹리스와 파운드리의 연결 다리 역할을 하는 것이 디자인하우스이다.
디자인하우스는 팹리스 기업이 설계한 반도체 설계도면을 제조용 설계도면으로
다시 디자인해 파운드리 생산공정에 적합하도록 최적화한다.
IP (Intellectual Property)
팹리스가 반도체를 설계할때, IP업체가 미리 만들어 둔 특정 설계 블록을 사용해서 설계 기간을 단축하는 데 활용
IP 기업은 자신들이 가지고 있는 반도체 기술을 팹리스에 제공하고 IP 사용료를 받는 형태의 회사
OSAT (Outsourced Semiconductor Assembly and Test)
반도체 회로를 테스트하고 패키징하는 후공정 전문 회사
특히 AP를 구성하는 부품이 기기마다 다른 시스템 반도체는 다품종 소량생산으로 제작된다.
이 때 파운드리에서 생산된 반도체 회로를 조립하고 테스트하여 패키징하는 후공정을
OSAT 기업에서 전문적으로 수행한다.
'타이탄의 도구 > 지식' 카테고리의 다른 글
| 반도체 8대 공정 기초 정리 (0) | 2022.01.06 |
|---|
