오늘은 반도체 산업에 대해 간단하게 분석해 보겠습니다.
반도체란?
반도체는 어떤 특별한 조건하에서만 전기가 통하는 물질로, 필요에 따라 전류를 조절하는데 사용됩니다.
메모리 vs 비메모리
1) 메모리 반도체
메모리 반도체는 데이터를 저장하는데 사용되는 반도체입니다. 메모리 반도체는 세계반도체 시장 점유율 중 약 25%를 차지합니다. 메모리 반도체는 휘발성 메모리와 비휘발성 메모리로 나누어집니다. 휘발성 메모리는 D램이라고 불리는 제품이 대표적이며, 비휘발성 메모리의 경우 낸드플래시가 대표적입니다. 메모리 반도체의 경우 소품종 대량생산상품이기 때문에 수요공급 법칙에 따라 가격 변동성이 매우 민감한 편 입니다.
2) 비메모리 반도체
비메모리 반도체는 시스템 반도체라고 불리며 정보처리와 연산을 하는데 사용됩니다. CPU, GPU, AP 등이 그 예시입니다. 비메모리 반도체는 전체 반도체 시장의 약 70%를 차지합니다. 비메모리 반도체의 경우 다품종 소량생산상품이기 때문에 메모리 반도체에 비해 수요변화에도 가격변동성이 안정적입니다.
반도체 회사의 분류
1) 펩리스(Fabless)
펩리스는 칩을 생산하는 공장이 없고 단순히 설계만 진행하며, 이를 위탁 생산해 줄 파운드리 업체에 칩 생산을 맡깁니다. 펩리스 회사에는 퀄컴, AMD, 엔비디아등이 있습니다.
2) 디자인하우스
디자인하우스는 펩리스와 파운드리를 연결해 주는 기업으로 펩리스에서 설계한 반도체 도면을 파운드리 생산에 적합하게 제조용 도면으로 재작업하는 기업을 의미합니다.
3) 파운드리(Foundry)
파운드리 업체는 펩리스회사로부터 수주를 받아 위탁 생산만을 진행하는 업체를 의미합니다. 펩리스회사들이 자체적으로 Fab을 운영하기엔 비용이 너무 많이들 뿐더러 고도의 공정 기술을 필요로 하기 때문에 파운드리에 외주를 맡기게 되는 것입니다. 대표적인 파운드리 회사로는 대만의 TSMC가 있습니다.
4) OSAT(Outsourced Semiconducter Assembly Test)
OSAT는 반도체테스트와 조립을 담당하는 업체로 파운드리에서 만들어진 웨이퍼를 받아 웨이퍼테스트, 패키징, 패키징테스트 등을 진행하게 됩니다. 대표적으로 AMKOR, ASE 같은 업체가 있습니다.
5) IDM (Integrated Device Manufacturer)
종합반도체 회사로 위에 언급되어 있는 과정들을 모두 진행할 수 있는 업체로 설계부터 생산까지 모든 반도체의 공정을 갖춘 업체를 의미합니다. 대표적으로 인텔, 삼성전자, SK하이닉스가 있습니다.
반도체의 8대공정
1) 웨이퍼제조
웨이퍼는 실리콘으로 만들어지며 반도체칩의 토대가 되는 판을 제조하는 과정입니다. 웨이퍼의 두께가 얇고 지름이 클수록 한 번에 생산할 수 있는 반도체 칩의 수가 증가하게 됩니다. 이 과정은 반도체공장에서 일어나는 일이 아니며, 반도체회사는 타 기업으로부터 웨이퍼를 구매하여 사용합니다.
2) 산화공정
여기부터 반도체 공장의 일이며, 웨이퍼 표면의 화학적 성질을 바꾸는 과정입니다. 웨이퍼 위에 산화실리콘(SIO2 = 유리) 생성이 주목적이며, 용도는 전기를 차단하고 물리적인 보호막 효과를 제공하는 것입니다.
3) 노광공정(포토공정)
반도체 제조 공정의 꽃이라 불리는 노광공정은 웨이퍼에 포토레지스트(빛에 반응해 화학적 변화를 일으키는 감광액의 일종)를 발라놓은 후, 마스크 부분에 노광기로 빛을 쪼이면 웨이퍼 표면에 원하는 패턴이 나타나도록 하는 공정입니다. 미세한 패턴을 입히기 위해선 고해상도의 광원 필요하기 때문에 노광기의 해상도가 반도체의 밀도와 정확도의 핵심이라고 볼 수 있습니다. 또한 이 공정은 소자연결이 복잡할수록, 반도체 층이 높을수록 자주 해야 합니다.
4) 식각공정
식각공정은 원하는 부분을 깎아내는 과정으로 부식성 액체를 사용하는 습식식각과 플라스마 등의 에너지가 높은 입자를 사용하는 건식식각이 있습니다. 최근에는 반도체가 점차 미세해짐에 따라 미세한 부분을 식각하는데 유리한 건식식각이 부각되고 있습니다.
5) 박막공정(증착공정) & 이온주입공정
박막공정은 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 박막을 입히는 일련의 과정입니다. 박막공정은 무언가를 씌워야 하는데 산화보다 얇게 씌워야 할 때 사용됩니다. 따라서 목적 역시 산화공정과 비슷하게 특정영역의 단절과 보호라고 볼 수 있습니다.
이온주입공정은 반도체에 전류가 흐르게 만들어주는 과정입니다. 순수한 반도체는 규소로 이루어져 있어 전류가 흐리지 않으나 불순물인 이온을 넣어줌으로써 반도체가 전도성을 가질 수 있게 만들어줍니다.
6) 금속배선공정
금속배선공정은 신호가 잘 전달되도록 회로패턴에 따라 전기가 통하는 길을 만들어주는 과정입니다. 이때 사용되는 대표적인 금속으로는 알루미늄과 텅스텐 등이 있습니다.
7) EDS공정
만들어진 반도체를 테스트를 통해 양품선별, 상품선택하는 과정을 의미합니다. 테스트 과정 중 정상작동칩과 비정상작동칩이 분류가 되는데 전체 웨이퍼 한 장에 설계된 칩의 최대 개수 대비 정상작동 칩의 개수의 비율을 '수율'이라고 표현합니다.
8) 패키징공정
패키징 공정은 반도체 칩이 외부와 신호를 주고받을 수 있도록 길을 만들어주고 다양한 외부환경으로부터 안전하게 보호받는 형태로 만드는 과정입니다. 최근 미세화의 공정이 점차 어려워짐에 따라 후공정인 패키징 기술들이 점차 부각되고 있습니다. 예를 들어 미세화의 이익이 작은 부분은 미세화를 시키지 않고 미세화의 이익이 큰 부분들은 미세화를 시킴으로써 적은 비용으로 성능을 올릴 수 있습니다. 이러한 이중결합방식 외에도 TSV기술등 여러 가지 방식들이 새롭게 도입되고 있습니다.
오늘은 반도체산업을 이해하기 위한 기초 배경지식에 대해 공부해 봤습니다.
이 글은 개인적인 분석과 공부를 위한 글이며, 전적으로 투자의 책임은 본인에게 있음을 알려드립니다.
댓글