[반도체 이야기] 13. 반도체의 활용과 제조공정

[봄돌아빠(보명아빠)]

[반도체 이야기] 13. 반도체의 활용과 제조공정

우리 일상생활 속, 깊이 자리잡고 있는 반도체는 어떤 역할을 할까요?

반도체는 전자제품부터  모바일, 전장 분야까지 다양한 부문에서 활용되고 있는데요. 이에 대해서 알아보려고 합니다.

반도체의 활용

반도체를 활용하는 분야를 크게 보면, 전기신호를 처리하는 용도와 데이터를 처리하는 용도로 나누어 볼 수가 있습니다.

 <전기 신호의 처리> - 정류, 증폭, 변환

① 정류(整流)

우리가 사용하는 전기에는 두 가지 종류가 있습니다. 항상 일정한 전압으로 일정한 방향으로 흐르는 직류(direct current, DC)와 주기적으로 방향이 변하는 교류(altemating current, AC)가 있는데요. 전기신호를 처리하다보면 직류를 교류로 또는 교류를 직류로 바꿔 주어야 하는 경우가 생깁니다. 우리는 이러한 작용을 정류(rectification)라고 부르는데요, 일반적으로 정류작용을 하는 반도체를 '다이오드' 라고 합니다. 일반 가정에서 사용하는 220V 전기는 교류 신호로 60Hz(1초에 60회 진동)의 주파수를 가지고 있습니다. 그래서, 전자제품에 사용하기 위해서는 교류 신호를 일정 전압(Voltage)의 직류 신호로 변경해 주어야 합니다.

② 증폭(增幅)

전기신호는 이동하면서 신호의 세기가 점점 약해지게 됩니다. 그래서, 정상적으로 전기신호를 전달하기 위해서는 이동 중에 원상태 또는 보다 크게 해주는 작업이 필요합니다. 이처럼 약한 신호를 강한 신호로 키워 주는 것을 증폭이라고 하는데요. 이러한 증폭작용을 하는 반도체가 '트랜지스터(TR)'입니다.
③ 변환(變換)

전기신호는 필요에 따라 빛이나 소리 등으로 바꿔 줄 필요가 있습니다. 최근 저전력, 친환경적이기 때문에 신성장동력으로 각광받고 있는 'LED'도 반도체입니다. LED램프 뿐 아니라 지하철이나 고속도로에서 볼 수 있는 전광판에 쓰이는 LED는 전기신호를 빛으로 바꿔 주는 역할합니다. 이러한 기능의 반도체를 '발광소자'라고 하는데요, 반대로 빛을 전기신호로 바꿔 줄 수도 있습니다. CCD, CIS 반도체는 카메라로 읽어 들인 빛을 전기신호로 바꿔 저장하는 역할을 수행합니다.

<데이터의 처리> - 전환, 저장, 연산, 제어

① 전환(轉換)

정보(Data)에는 그 값에 따라 아날로그(Analogu)와 디지털(Digital)로 나뉩니다. 아날로그 데이터는 연속적인 값을 의미하는 반면, 디지털 데이터는 이산적인 값을 취하는 데요, 디지털 데이터는 불연속적인 상태로 즉 1(ON), 0(OFF) 만의 값을 가집니다. 정보를 처리하다보면 아날로그를 디지털로 또는 디지털을 아날로그로 바꿔 주어야 할 경우가 있는데요, '아날로그 ↔ 디지털' 같은 정보의 상태를 전환해 주는 역할 또한 반도체가 하고 있습니다.

② 저장, 기억

반도체는 정보를 프로그램화해서 저장할 수 있으며, 이러한 정보를 저장하는 용도로 사용되는 반도체를 '메모리 반도체' 라고 합니다. 메모리는 정보를 저장·보관하고 필요한 시점에서 빼낼 수 있는 장치인데요. 이러한 저장과 기억 또한 반도체가 수행하는 기능 중 하나입니다. 요즘 각광 받고있는 SSD는 디스크에 내용을 저장하는 기존 하드디스크(HDD)와 달리 '반도체 칩'을 이용하여 자료를 저장하여 부팅이나 멀티태스킹에서 빠른 스피드를 자랑하는 저장장치입니다.

③ 연산, 제어

반도체에는 기억 및 저장 기능을 하는 메모리 반도체 뿐 아니라, 논리와 연산, 제어 기능 등을 수행하는 시스템 LSI가 있습니다. PC가 나오기 전, 편리한 사용감과 빠른 속도로 전자계산기가 널리 사용되었는데요, 바로 이 전자계산기 안에서 수치 정보를 계산하는데 사용되는 반도체IC를 '논리IC' 라고 합니다. 또한, 시스템 LSI는 제어 기능도 수행하는 데요, 기계나 설비가 정해진 순서에 따라 동작하도록 해주는 것을 제어라고 합니다. 이런 작동순서를 프로그램화하여 반도체 IC에 기억시켜두면 그 순서에 따라 장비나 작업을 자동으로 제어할 수있게 되는데, 이러한 반도체를 '마이크로프로세서'라고 합니다.

반도체의 종류

우리가 일반적으로 반도체라고 하는 것은 반도체 물질을 말하는것 보다는 완성된 전기소자로서의 반도체 부품을 말하는 경우가 많습니다.

반도체 부품을 크게 나누어보면 메모리 반도체와 비메모리 반도체(시스템 반도체)로 나눌 수 있습니다.

메모리 반도체는 말 그대로 정보(Data)를 저장할 수있는 반도체를 말합니다. 비메모리 반도체는 정보를 저장할 수는 없고 연산이나 제어기능을 하는 반도체 모두를 말합니다.

메모리 반도체와 비메모리 반도체의 종류는 아래의 표와 같이 구분합니다.

현재 우리나라는 삼성전자가  세계 DRAM 시장에서 40% 이상 차지하는 등 메모리 분야에서는 압도적 경쟁력을 보유하고 있습니다.

 

하지만 시장 규모가 D램 대비 5.8배 이상인 시스템반도체 분야에서는 아직 시장을 주도할 위치에 있지 못합니다. 세계 시스템반도체 업계는 미국 인텔ㆍ텍사스인스트루먼트ㆍ퀄컴, 일본 도시바 등이 주도하고 있습니다. 삼성전자는 메모리 분야에서는 1위 자리를 굳혔지만 시스템반도체와 메모리를 합친 전체 반도체 시장에서는 인텔에 이어 2위에 그치고 있습니다.

반도체 제조 공정

반도체 부품이 만들어지는  제작공정은 생각보다 많은 과정을 거치게 됩니다.

크게는 8단계의 공정으로, 세분해서 살펴보면 18~19단계의 공정으로 볼 수 있습니다.

이러한 공정을 이해하기 쉽게 그린 그림을 소개하며 각각의 자세한 공정에 대해서는 아래에 소개하여둔 사이트를 방문해서 알아 보도록 합시다.

[삼성반도체 이야기] : http://www.samsungsemiconstory.com/95

SK하이닉스 블로그 [반도체 WHAT 인포툰] : http://blog.skhynix.com/60

<반도체 제조공정 동영상> http://youtu.be/_8HwIHyVD1E