반도체 8대공정 책 추천, 진짜 하루만에 이해하는 반도체 산업

반도체는 자율주행, 인공지능, 로봇 등 미래 산업에서 반드시 필요한 핵심 부품입니다. 그래서 이참에 반도체에 대해 기본 상식을 가지고 있으면 좋겠다 싶어 책을 읽게 되었습니다.

 

목차 소개

 이 책은 반도체의 원리, 종류, 반도체 8대 공정 등을 자세히 다룹니다. 그리고 마지막 파트에서는 반도체 주요국, 반도체 공정 장비 기업에 대해 간단하게 설명해주고 있습니다.

 

 총 4파트로 이루어져 있고, 필요한 파트의 부분만 발췌해서 읽어도 도움이 되는 책입니다.

1부: 반도체란 무엇일까?
2부: 시스템 반도체와 메모리 반도체
3부: 반도체 산업의 생태계와 8대 공정
4부: 반도체 기업들과 글로벌 주도권 경쟁 

 

인상 깊거나 도움이 된 부분

반도체의 종류

 반도체의 종류를 자세히 알 수 있어서 좋았습니다. 책에서는 시스템 반도체와 메모리 반도체의 종류를 하나씩 자세히 설명해 줍니다. 그리고 시스템과 메모리 반도체에 속하지 않은 기타 반도체도 설명해 줍니다.

반도체 세부 분류

 먼저 시스템 반도체는 대표적인 것들이 CPU, GPU, AP가 있습니다. 전자기기에 관심 있는 분들이라면 아마 한 번쯤 들어봤을 단어들입니다.

 

 CPU는 컴퓨터 메인보드에 들어가는 인텔이나 AMD제품을 많이 쓰고, GPU는 그래픽 반도체인데 엔비디아의 RTX시리즈가 워낙 유명하죠.

 

 그리고 AP는 핸드폰의 CPU 같은 느낌입니다. 대신 핸드폰은 컴퓨터 본체에 비해 크기와 사용환경의 차이가 있어서 고성능이지만 작고, 저전력 이어야 한다는 특성이 있습니다. 대표적으로는 삼성의 플래그십 모델에 들어가는 퀄컴의 스냅드래곤 시리즈가 있습니다.

 

 여기까지는 저도 전자기기에 관심이 있어서 들어본 내용이라 이해하기가 비교적 수월했습니다. 그리고 요즘에는 AI가 핫해지면서 반도체에도 AI가 적용된 또는 AI에 특화된 시스템 반도체들이 개발되고 있다고 합니다.

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 메모리 반도체는 전원이 꺼지면 데이터가 날아가는가 아닌가에 따라 휘발성과 비휘발성으로 나뉩니다. 데이터가 날아가면 휘발성이라고 하고, 대표적인 반도체는 RAM이 있습니다. 반대로 데이터가 날아가지 않으면 비휘발성이라고 하고, ROM이 대표적입니다.

 

 RAM은 SRAM과 DRAM으로 나뉘는데 삼성과 SK하이닉스에 만드는 RAM이 바로 DRAM입니다. 요즘 컴퓨터에 들어가는 RAM은 거의 DRAM 4세대나 5세대 제품이 들어갑니다.

 

 ROM은 HDD와 SSD로 나뉩니다. 하드디스크라고 하는 HDD를 1990년대 2000년대 초반까지 썼습니다. 하지만 요즘 나오는 컴퓨터들은 SSD가 들어갑니다. HDD보다 가격은 더 비싸지만 충격에도 강하고 속도가 빠르기 때문에 SSD로 많이 교체하고 있습니다.

 

 뉴스를 보면 'SK하이닉스가 300단을 넘는 적층 낸드 칩을 공개했다' 이런 표현이 있는데 SSD를 만드는 방식이 NAND방식이라고 합니다. 

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반도체의 제작 단계와 단계별 주요 회사

 반도체의 제작 단계와 단계별 주요 회사들이 정리되어서 나옵니다. 반도체 기업에 투자를 계획 중인 분들에게 많은 도움이 될 것 같습니다.

반도체 분업 체계에서의 역할별 대표 기업

 특히 뉴스에서 파운드리, 팹리스라는 단어가 많이 보이는데 정확히 무슨 뜻인지 몰랐지만 책을 읽고 알게 되었습니다.

 

 반도체는 크게 설계, 제조, 테스트&패키지, 유통 및 판매 총 4단계로 제작과정을 나누어 볼 수 있습니다. 예전에 반도체 산업이 발달하기 전에는 하나의 회사가 모든 것을 다 했습니다. 하지만 산업이 발전하고 더 고도화된 기술이 요구되면서 단계별로 분업화되었습니다.

 

 IP기업은 반도체 설계를 전문적으로 하여 특허를 등록하고, 특허 로열티를 받는 회사입니다. 대표적으로는 엔비디아가 합병을 추진했지만 반독점 이슈로 무산되었던 ARM이 있습니다. 팹리스기업은 설계와 유통만 담당하는 역할을 합니다.

 

 파운드리 기업은 반도체 설계도에 맞추어 제작을 해주는 업체입니다. 이 분야의 1등은 TSMC로 파운드리의 50% 이상 독점하고 있습니다. 삼성전자도 파운드리에 뛰어들었지만 아직 기술력의 차이가 큽니다.

 

 반도체는 반도체의 불량, 성능 테스트, 패키지하는 단계가 중요합니다. 그래서 그 분야만 전문적으로 하는 회사들이 있는데 대부분 대만 회사들의 점유율이 높습니다. 아무래도 세계 최대 파운드리 기업인 TSMC가 있기 때문에 TSMC에서 생산하는 반도체를 테스트하고 패키지하는 업체들이 많아서인 듯합니다.

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반도체 8대 공정

반도체 8대 공정

 반도체는 8개의 주요 공정을 거쳐 만들어집니다. 그중 사진에서처럼 웨이퍼 제조부터 금속 배선 공정까지를 전공정이라고 하고, 테스트와 패키지 공정은 후공정이라고 합니다.

 

1. 웨이퍼 제조

 반도체는 웨이퍼라는 동그란 판 위에 만듭니다. 웨이퍼를 확대해 보면 이렇게 작은 네모모양이 있는데 이 네모 하나하나가 전부 반도체가 됩니다. 그래서 웨이퍼의 크기가 클수록 한 판에 반도체를 많이 만들 수 있고 현재는 300mm를 많이 쓴다고 합니다.

웨이퍼, 출처: 삼성반도체 홈페이지

 

2. 산화 공정

 웨이퍼에 반도체 회로도를 그리기 전에 표면에 이산화규소를 이용하여 산화막을 만드는 공정입니다. 건식과 습식으로 나뉘는데 습식에 비해 건식 산화공정이 산화막의 두께를 얇게 만들 수 있고, 절연이 더 잘 되기 때문에 요즘에는 건식 산화공정을 많이 쓴다고 합니다. 

 

3. 포토 공정

 웨이퍼에 반도체 회로도를 그리는 공정입니다. 이 공정의 대표적인 기업이 ASML입니다. 유일하게 EUV노광 장비 제작이 가능한 기업으로, 이 회사에서 장비를 주지 않으면 반도체를 생산할 수 없습니다. 이렇게 생긴 엄청 큰 장비에 웨이퍼를 넣고 회로도를 새깁니다.

ASML의 EUV 노광장비

 

4. 에칭 공정(식각 공정)

 반도체에서 필요 없는 부분을 깎아내는 공정입니다. 에칭 공정도 습식과 건식 2가지 방식이 있습니다. 제거 물질을 액체나 증기를 이용하면 습식, 가스나 이온 등을 이용하면 건식으로 나뉩니다. 전에는 빠르게 에칭 할 수 있는 습식을 사용했는데 요즘은 미세한 작업을 할 수 있는 건식 에칭을 주로 씁니다.

 

 대표적인 기업으로는 램리서치(LRCX)가 있습니다. 전 세계 에칭장비의 점유율이 50%로 매우 높은 점유율을 보여줍니다.

 

5. 증착 및 이온 주입 공정

 증착 공정은 금속 배선 공정 전에 반도체 회로를 보호하기 위한 절연막을 만드는 공정입니다. 증착은 물리적 방식과 화학적 방식으로 나뉘는데 요즘에는 화학적 증착을 주로 사용합니다.

 이온 주입공정은 웨이퍼에 이온을 주입하여 반도체가 전기적 특성을 띌 수 있게 해 줍니다.

 

6. 금속 배선 공정

 반도체 소자들이 잘 작동할 수 있도록 전선으로 연결해 주는 과정입니다.

 

7. 테스트 공정

 원하는 성능이 나오는지 테스트하는 공정으로 웨이퍼 상태에서 1번, 완제품 칩 상태에서 1번 테스트를 진행합니다.

 

8. 패키지 공정

 패키지라고 하길래 처음에는 과자 만든 거 봉투에 넣는 그런 과정 같은 개념 인가 싶었습니다. 하지만 패키지 공정은 백그라인딩-다이싱-본딩-봉지-실장 5단계로 이루어져 있습니다.

 

 먼저 백그라인딩 공정은 웨이퍼의 뒷부분을 잘라내는 공정입니다. 다이싱 공정은 웨이퍼를 낱개의 개별 칩으로 자르는 것입니다. 본딩 공정은 잘라진 실리콘 칩을 패키지 기판에 붙이고 실리콘 반도체 칩과 기판 사이를 선으로 연결해 주는 것입니다. 봉지 공정은 포장재를 씌우는 것이고, 실장은 반도체 칩을 메인 보드와 연결하는 것입니다. 

 

 5단계를 모두 거치면 이렇게 우리가 흔히 볼 수 있는 시제품의 형태가 됩니다. 아마 직접 PC조립해 본 분들은  CPU칩 꺼낼 때 보셨을 거예요. 검은색 플라스틱 같은 껍데기 떼면 안에 CPU칩이 있잖아요? 

삼성반도체 칩 완성품

 

총평

 솔직히 반도체가 전공자가 아닌 완전 노베이스인 사람이 이해하기에는 어렵습니다. 그래도 이해를 돕기 위한 삽화가 풍부하게 있어서 반복해서 읽으면 반도체를 이해하는데 많은 도움이 될 것 같습니다.

 

 특히 반도체 8대 공정 부분과 반도체 기업에 대해 소개하는 부분은 반도체 투자자라면 꼭 읽어봐야 하는 부분이라고 생각됩니다.

 

 반도체 산업에 대한 전반적인 이해도를 올리고 싶은 분, 반도체에 관심 있는 사람들이 읽으면 정말 좋은 책이라고 생각하니 꼭 읽어보시기를 추천합니다.

 

최종 평점:  5점 / 5점