반도체 기업 면접/투자를 위한 '반도체 기본 지식 공부' 2탄(심화편)

3-1. 반도체 생태계> 심화편

기업종류/공정명	설계	웨이퍼 생산	패키징 테스트	판매유통
IDM(종합 반도체기업)	해당	해당	해당	해당
IP기업	해당
팹리스(FAB+LESS)	해당			해당
디자인하우스(Design House)	일부 해당	일부해당
파운드리		해당	해당
OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Test) 반도체 후공정 전문			해당

대표적인 IDM(종합 반도체기업)은 '삼성전자'

삼성전자는 웨이퍼 생산 설비인 팹(FAB)을 보유, 반도체 설계, 웨이퍼 가공, 패키징, 테스트 등 일련의 과정을 모두 수행

 

- 팹리스 : 뛰어난 아이디어와 기술을 바탕으로 반도체 칩 설계를 주로 담당 -> 다품종 소량 생산이면서 기술적 다양성이 필요한 시스템 반도체가 주로 팹리스의 형태를 띄움

- 파운드리 : 반도체 생산시설인 팹을 보유하고, 위탁 반도체를 생산하는 위탁 생산 기업  -> 반도체 생산 시설을 구축하는데 수십조원 대의 투자비용이 들고, 끊임없이 공정기술을 개발하고, 고도의 생산 기술이 필요하기 때문에 모든 회사가 반도체를 생산할 순 없음 -> 파운드리는 수 많은 팹리스 기업의 생산기지 역할 

- 디자인 하우스(Design House) : 팹리스와 파운드리의 연결 다리 역할 -> 팹리스 기업이 설계한 반도체 설계도면을 제조용 설계도면으로 다시 제작하여, 파운드리 생산 공정에 적합하도록 최적화된 디자인 서비스를 제공 -> 팹리스의 설계도면을 생산할 수 있게 풀어주는 역할

- (반도체 한정) IP 기업 : 팹리스가 반도체를 설계할 때, IP업체가 미리 만들어 둔 특정 설계 블록을 사용해서 설계기간을 단축하는데 활용 -> 팹리스에게 IP사용료를 받음

- OSAT(Outsourced Semiconductor Assembly and Test) _반도체 후공정 전문: 반도체 회로를 테스트하고 패키징하는 '반도체 후공정 전문기업' -> AP를 구성하는 부품이 기기마다 다른 시스템 반도체는 다품종 소량생산으로 제작됨(파운드리) -> 파운드리에서 생산된 반도체 회로를 OSAT에서 직접 조립 및 패키징하여 시스템 반도체와 함께 부각받음

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https://www.youtube.com/watch?v=M2b2kpJRHmM 

4. 반도체 공정

웨이퍼 제조 -> 산화공정 -> 포토공정 -> 식각공정 -> 증착&이온주입 공정 -> 금속배선 공정 ->EDS 공정 -> 패키징 공정

<반도체 전 공정>

- 웨이퍼 제조 : 반도체를 만들 수 있는 터가 '웨이퍼' -> 대부분의 웨이퍼는 주로 모래에서 추출한 규소인 실리콘으로 만듦 -> 모래를 뜨거운 열로 녹여 순도 높은 실리콘 용액을 굳히면 '잉곳'이라는 실리콘 기둥이 완성됨 -> 실리콘 기둥을 얇게 슬라이스 해 잘라내면 여러장의 얇은 원형판 '웨이퍼'가 탄생함 -> 절단한 웨이퍼의 표면은 흠결이 있고 거칠하여 표면을 매끄럽게 갈아내는 과정이 필요함(웨이퍼 표면의 흠결은 회로의 정밀도에 영향을 주기 때문) -> 

*웨이퍼의 두께가 얇고, 지름이 클수록 한번에 생산할 수 있는 반도체 칩수가 증가하기 때문에, 갈수록 두께는 얇고, 크기는 커지는 추세 

*얇게 잘린 웨이퍼는 아직 전기가 통하지 않는 '부도체' 

 

- 산화공정 : 웨이퍼 표면에 산소나 수증기를 뿌려, 균일한 산화막을 형성(산화막은 반도체 제조과정에서 웨이퍼 표면을 보호하고, 앞으로 그려질 회로와 회로 사이 누설 전류가 흐르는 것을 방지함)

 

- 포토공정 : 웨이퍼 위에 반도체 제조를 위해 설계된 회로를 그려내는 작업이 필요함(사진을 그려내는 모습과 비슷하다고 하여 공정명이 '포토공정) 

*필름의 역할 : 마스크 -> 컴퓨터로 설계한 회로패턴이 그려진 유리판

-> 빛에 반응하는 물질인 감광액(PR, Photo Resist)을 산화막 위에 얇고 균일하게 도포 -> 회로 패턴이 담긴 마스크를 감광액 위에 올리고, 빛을 통과시키면, 웨이퍼 포면에 회로도가 그대로 찍힘 -> 현상액을 뿌려 빛을 받은 영역과, 그러지 않은 영역을 선택적으로 제거하여 웨이퍼에 회로패턴을 그려줌

 

- 식각 공정 : 웨이퍼위에 그려진 반도체 회로 패턴외에 나머지를 제거하는 과정(웨이퍼에 액체나 기체의 부식액을 이용해 불필요한 부분을 선택적으로 제거해서 반도체 회로패턴을 만듦)  = 식각

*액체를 활용하면 습식 식각, 기체나 플라즈마를 이용하면 건식 식각

*식각을 완료한 웨이퍼를 층층이 쌓아 반도체를 만드는데, 층층이 쌓인 회로와 회로를 구분하고, 보호하는 절연막이 필요함(박막 Thin Film) 

 

- 증착 및 이온 주입 : 증착 : 웨이퍼 위에 원하는 분자 또는 원자 단위의 아주 얇은 박막(Thin Film)을 입히는 것 / 이온주입 : 반도체가 전기적인 성질을 가지게 하는 공정 -> 불순물을 삽입하여 전도를 갖는 것

*회로가 동작하기 위해 전기적 신호가 필요함

 

- 금속 배선 공정 : 신호가 잘 통하도록, 회로 패턴에 따라 전기가 통하는 길을 만드는 과정 -> 알루미늄, 티타늄, 텅스텐과 같은 금속재료를 이용하여 얇은 금속 막을 증착하여 전기가 통할 수 있는 과정

 

<반도체 후 공정>

- EDS 공정 : 전기적 특성검사를 통해 각각의 칩들이 원하는 품질 수준에 도달했는지 테스트하는 공정(양품인지, 불량품인지 구분하는 단계) -> 수율(정상작동 칩 개수/설계된 칩의 최대개수_%)을 측정

*수율이 높을수록 기술력 있는 반도체 회사로 인정받음

 

- 패키징 공정 : 낱개로 하나씩 잘라내서 전자기기에 탑재될 수 있는 형태를 갖추는 공정

*반도체 칩이 외부와 신호를 주고 받을 수 있도록 길을 만들어줘야하며, 다양한 외부환경으로부터 안전하게 보호받는 형태로 만들어야함

-> 웨이퍼를 낱개의 칩으로 자르고(웨이퍼 소잉/다이싱) -> 절단된 칩들을 PCB 기판위에 올림(칩 접착) -> 기판 위에 올려진 반도체 칩의 첩점과 기판의 접점을 연결하고(BGA방식/와이어 본딩)_금선 연결-> 원하는 형태의 패키지 모양을 만들기 위해 성형(Molding)_성형 공정 -> 제품명을 세기는 제품명 마킹 -> 파이널 테스트 

 

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3-2. 메모리 반도체

- 메모리 반도체 : 반도체 회로를 전기적으로 제어함으로써, 데이터를 기억하고 저장하는 반도체 회로장치(정보저장을 목적)

- D램(휘발성 메모리) : CPU와 낸드 플레시 사이에서 작업이 빠르고, 효율적으로 이뤄질 수 있도록 하는 역할

*큰 용량이 필요한 서버나 데스크탑에는 칩들을 모아 모듈로 만든 대용량 D램이 사용됨 

*낸드 플레시는 SSD를 구성하는 부품으로 서버와 PC에 사용됨(SD 카드 등)

*메모리 반도체에서 가장 주목해야할 분야는 '데이터 센터' : 각종 데이터를 저장하는 서버들을 운영하는 시설 -> 엄청난 규모의 데이터(우리가 평소 찍는 사진 등) -> 서버의 안정성이 중요함 : 가격이 비싸더라도 빠르고 안정적인 메모리를 사용함

-> 앞으로 5G, 사물인터넷, 클라우드 컴퓨팅 등이 일상화 될수록 모든 정보를 저장하고 처리하는 '메모리 반도체'의 중요성이 커짐 -> 얼마나 많이 저장하고(다용량), 얼마나 빨리 동작하는지(고성능)  + 작은 크기와 전력 효율

 

3-2. 시스템 반도체

- 시스템 반도체 : 스마트 기기, 인공지능, 자율주행 자동차, 스마트홈 시스템, 5G 네트워크에 활용됨

- 모바일 프로세서 : 스마트폰에서 두뇌역할 : CPU, NPU(인공지능), GPU(그래픽 처리), 5G Modem(5g 통신), ISP(사진을 처리), Interface, Security을 모두 포함함 -> SoC(System on Chip) : 주요 반도체 소자들을 하나의 칩에 구현한 칩 자체가 하나의 시스템이 된 '기술집약적 반도체' 

- NPU(Neural Processing Unit) : 기존 반도체 구조에서 벗어나 사람의 뇌신경처럼 뉴련과 시냅스 구조로 설계된 반도체 -> 인공지능의 핵심인 '딥러닝 알고리즘'은 수 천개 이상의 연산을 동시에 처리하기 위한 병렬 연산 기술을 필요로 하는데 -> NPU는 GPU나 CPU보다 훨씬 더 높은 성능을 지니고 있어 '인공지능의 핵심 반도체'로 주목받음 

*NPU 성능이 강화되면, 전자기기들이 우리의 생활이나 활동에 맞춰 알아서 자유롭게 연동이 가능함

*시스템 반도체의 목적 : 사람같이 인지하고 느껴, 우리의 삶을 더 풍요롭게 해주는 것

 

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우선 여기까지 작성하고, 다시 기업 소개영상을 확인하여 필요한 부분을 중간중간 추가하는 형태로 작성 예정