반도체

반도체(半導體, 영어: Semiconductor)는 전기 전도도가 도체와 부도체의 중간 정도 되는 물질을 말한다. 보통 반도체는 높은 온도에서 저항이 내려가는 성질을 갖고 있으며, 약간의 불순물을 첨가하면 자유전자나 양공을 형성해서 전류 방향에 따라 저항이 급격하게 변하는 점을 이용해서 트랜지스터나 그것이 더욱 집적된 LSI 등 전류를 제어하거나 연산 장치로 활용할 수 있는 장치를 만드는데 사용된다.

재료

초창기에는 게르마늄(Germanium)을 사용했으나, 비싼 가격이 큰 단점으로 작용하기에 근래 들어서는 일반적으로 지구상에 풍부한 규소(Silicon)를 많이 사용한다. 반도체에 사용하는 재료는 최외각전자가 4개인 원소들인데, 이것에 인(Phosphorus)이나 비소 같이 최외각전자가 5개인 원소를 약간 첨가하면 자유전자가 많이 들어간 반도체가(N형 반도체), 붕소(Boron) 같이 최외각전자가 3개인 원소를 약간 첨가하면 양공이 있는 반도체(P형 반도체)가 형성된다.

제조 공정

반도체 제조 공정은 크게 웨이퍼에 회로 배선을 다층으로 새겨 넣는 과정인 전공정(Front-End Process)과 웨이퍼를 작은 단위로 잘라 외부 전기 신호와의 접속을 위하여 성형하고 최종 검사하는 후공정(Back-End Process)으로 분류할 수 있다.

무어의 법칙(Moore's law)에 따라 반도체 집적회로의 성능이 18개월마다 2배씩 향상 되어왔다. 하지만 집적도가 높아질수록 회로의 발열문제가 발생하고 더 이상 집적도를 높이더라도 수익성이 크지 않아 무어의 법칙이 한계에 부딪히게 되었다. 이로 인해 반도체 칩을 생산하는 전공정에 비해 주목 받지 못했던 후공정에서 한계를 극복할 방법에 대한 연구가 많이 이루어지고 있다.

1. 전공정 이전 단계
   1. 웨이퍼, 포토마스크 제조.
2. 반도체 전공정 (Front-End)
   1. 반도체 웨이퍼 가공 공정 : 포토 리소그래피, 증착, 세정, 식각, 화학적기계적연마, 확산, 이온주입
   2. EDS
3. 후공정 (Back-End)
   1. 반도체 패키지 공정 (Assembly 공정)
      1. 반도체 웨이퍼 다이싱 공정
   2. 반도체 패키지 테스트 공정

관련 회사

장비 및 원재료 공급사

반도체 장비, 반도체 원부재료를 전문적으로 공급하는 업체들이 있다. 대부분 미국, 일본, 유럽 메이커가 메이저 벤더로 들어와 있으며 한국 메이커들은 웨이퍼나 가스류를 제외하면 서브벤더로 많이 들어간다. 장비 제조사로는 네덜란드의 ASML, 미국의 어드밴스드 머티리얼(AMAT)·램 리서치(LAM), 일본의 도쿄 일렉트론, 한국의 주성엔지니어링·세메스 등이 있다. 반도체 원부재료를 공급하는 업체로는 한국의 동우화인켐·대성산업가스·SK실트론·SK머티리얼즈, 일본의 신에츠화학, 미국의 선에디슨 등이 있다.

반도체 제조사

반도체 제조사는 사업 범위에 따라 크게 네 종류로 나뉜다.

• 종합 반도체 기업(IDM; Integrated Device Manufacturer)

  인하우스로 R&D부터 전공정, 후공정, 마케팅까지 다 하는 회사이다. 한국에는 삼성전자 DS사업부 메모리·시스템LSI와 SK하이닉스가 이에 해당하고, 미국에는 인텔과 마이크론테크놀로지가 있다. 그 외에도 유럽 지역에는 NXP반도체, STMicroelectronics, 인피니온테크놀로지스 등이 여전히 영업중이며, 일본에도 도시바와 르네사스테크놀로지 등이 연명하고 있다.

• 팹리스(Fabless)

  반도체 제조공정 중 전(前)공정을 제3자(파운드리)에게 위탁하고 자신은 R&D와 마케팅에 집중한다. AMD, NVIDIA, ARM, 퀄컴, 마벨테크놀로지, 브로드컴 등 유명한 반도체 회사들 모두가 팹리스 회사이다. 한국에는 실리콘웍스가 대표적인 팹리스 회사이다. 중소기업까지 따지자면 2015년 현재 중국에는 600개 넘는 팹리스 회사가 있다. 2016년 중국 팹리스 회사들의 저가 전략으로 한국 중소기업 팹리스 회사들이 줄줄이 도산하거나 사업을 접고 있다. 싸다고 해서 설계 능력에 떨어지는 것은 아니고, 날이 갈수록 설계 능력까지 좋아지고 있어서 정말 무섭다.

• 파운드리(Foundry)

  1980년대에 등장한 형태로, 팹과 제조 기술만 가지고 전공정(Front-end)을 전문적으로 대행하는 회사이다. 대만의 TSMC·UMC, 미국의 글로벌파운드리 등이 대표적인 파운드리사. 국내 업체로는 삼성전자 DS사업부 파운드리 (4위), 동부하이텍 (11위)가 있으며, 그 외에 하이닉스의 자손들인 매그나칩반도체와 SK하이닉스시스템IC가 상대적으로 영세한 규모의 파운드리 사업을 하고 있다.

• 어셈블리(Assembly)사 또는 패키지사

  후공정(Back-end)을 전문으로 하는 회사이다. IDM이나 파운드리에서 생산한 웨이퍼 완제품을 받아다가 테스트와 패키지, 모듈화를 거쳐 하나의 칩 또는 모듈 형태로 완성시키는 회사이다. 한국이 1950년대 말 처음으로 반도체 산업에 진입할 때 이 어셈블리로 진입했다. 생각보다 국내에 상당히 많이 있으며 앰코테크놀로지코리아(구 아남반도체), JCET/스태츠칩팩, 시그네틱스 등이 국내 업체이다.