반도체개론 강의노트 종합정리

문서 내 토픽

1. 반도체 산업 개요 및 분류

반도체는 특정 조건에서 전기가 통하고 조절 가능한 도체와 부도체의 중간 성질을 가진 물질입니다. 메모리 반도체(RAM, ROM)와 비메모리 반도체(시스템 반도체)로 구분되며, 메모리는 데이터 저장, 비메모리는 정보 처리를 담당합니다. 반도체 회사는 IDM(종합반도체기업), 팹리스, 파운드리 등으로 분류되며, 각각 설계와 생산 역할이 다릅니다. 반도체 산업은 높은 파급효과, 대규모 시설투자, 높은 R&D 집중도, 지속적인 원가 하락 등의 특징을 가집니다.
2. 반도체 8대 공정

반도체 제조의 핵심 공정은 웨이퍼 제조, 산화, 포토(노광), 식각, 증착 및 이온주입, 금속배선, EDS(테스트), 패키징입니다. 전공정은 웨이퍼 제조부터 증착까지이며, 후공정은 금속배선부터 패키징까지입니다. 포토 공정은 감광액 도포, 노광, 현상을 통해 패턴을 그리고, 식각 공정은 물리적으로 패턴을 파냅니다. 증착은 PVD(물리적)와 CVD(화학적) 방식이 있으며, 패키징은 칩을 보호하고 전기적 연결을 제공합니다.
3. 메모리 반도체 기술 동향

DRAM은 휘발성 메모리로 리프레시 작업이 필수이며 고속 처리에 특화되어 있습니다. NAND 플래시는 비휘발성 메모리로 리프레시가 불필요하며 용량이 크지만 속도는 느립니다. 3D NAND는 적층형으로 집적도를 극대화하지만 발열량 증가와 냉각 구조의 어려움이 있습니다. MLC, TLC 기술로 한 셀에 저장되는 데이터 비트 수를 증가시켜 집적도를 향상시키고 있습니다.
4. 클린룸 공학 및 오염 제어

클린룸은 공기 중 입자(particle)를 통제하는 시설로, ISO 규격에 따라 면적당 입자 수로 등급이 결정됩니다. 오염원은 입자, 금속 이온, 화학물질, 공기 중 분자 오염(AMC)으로 분류됩니다. 파티클의 허용 크기는 선폭의 절반이며, AMC는 화학 필터로 제거합니다. 클린룸 설비는 냉난방, 필터(HEPA, ULPA, Chemical), 기류 제어 등으로 온도, 습도, 청정도를 관리합니다.

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1. 반도체 산업 개요 및 분류

반도체 산업은 현대 전자산업의 핵심 기반으로서 메모리, 로직, 아날로그, 디스크리트 등으로 분류되며 각 분야는 고유한 특성과 시장 역학을 가지고 있습니다. 메모리 반도체는 DRAM과 NAND 플래시로 나뉘어 대량 생산 체계를 갖추고 있으며, 로직 반도체는 CPU, GPU, AP 등 고부가가치 제품을 생산합니다. 반도체 산업의 분류 체계를 이해하는 것은 각 분야의 기술 특성, 경쟁 구도, 투자 전략을 파악하는 데 필수적입니다. 특히 글로벌 공급망 재편과 지정학적 변화 속에서 산업 분류의 중요성이 더욱 강조되고 있으며, 이는 국가 경쟁력 강화와 기술 자립도 향상에 직결되는 전략적 이슈입니다.
2. 반도체 8대 공정

반도체 8대 공정(산화, 포토, 식각, 이온주입, 확산, 금속화, 세정, 검사)은 웨이퍼에서 완성된 칩을 만드는 핵심 단계들입니다. 각 공정은 정밀도와 청결도가 극도로 요구되며, 공정 간 상호작용이 최종 제품 성능을 결정합니다. 특히 포토공정과 식각공정은 미세화 수준을 좌우하는 가장 중요한 단계이며, 이들 공정의 기술 발전이 반도체 성능 향상의 주요 동력입니다. 8대 공정의 효율성 개선과 수율 향상은 제조 원가 절감과 경쟁력 강화에 직접적인 영향을 미치므로, 지속적인 공정 혁신과 자동화가 필수적입니다.
3. 메모리 반도체 기술 동향

메모리 반도체는 3D 적층 기술을 통해 용량 증대와 원가 절감을 동시에 추구하고 있습니다. NAND 플래시는 100층 이상의 3D 구조로 진화하고 있으며, DRAM도 고대역폭 메모리(HBM) 등 새로운 형태로 발전하고 있습니다. 인공지능과 데이터센터 수요 증가로 고성능 메모리에 대한 수요가 급증하고 있으며, 이는 메모리 반도체 기술 개발의 주요 동력이 되고 있습니다. 다만 미세화의 물리적 한계 극복과 수율 개선이 지속적인 과제이며, 차세대 메모리 기술(PIM, CXL 메모리 등) 개발도 활발히 진행 중입니다.
4. 클린룸 공학 및 오염 제어

클린룸은 반도체 제조의 필수 인프라로서 미세한 입자, 화학물질, 미생물 등의 오염을 엄격히 제어합니다. 클린룸 등급은 ISO 표준에 따라 정의되며, 반도체 미세화 수준이 낮아질수록 더 높은 등급의 클린룸이 필요합니다. 오염 제어는 공기 여과, 습도 관리, 정전기 방지, 작업자 관리 등 다층적 접근을 요구하며, 이는 상당한 운영 비용을 초래합니다. 클린룸 기술의 발전은 반도체 수율 향상과 제품 신뢰성 확보에 직결되므로, 지속적인 기술 혁신과 투자가 필수적이며, 이는 제조 경쟁력의 핵심 요소입니다.