반도체.. 뭣이 중헌디?

오늘은 공장장과 함께 반도체에 대해서 알아보고, 반도체는 어떻게 발전해 왔는지

어떤 공정으로 만들어지며, 왜 중요하고 우리 실생활에 어떤 영향을 미치는지? 

반도체 관련 회사는 어떤 회사들이 있으며, 어떤 회사에 투자하면 좋을지 알아보기 위해서

미리 선행학습하는 차원에서.. 그리고 앞으로 반도체 산업의 시장규모와 미래에 대해 

학습해 보는 시간을 가져보도록 하겠습니다.

 

 

 

1. 반도체란?

 

반도체.. 참 막연합니다. 어디서부터 어떻게 설명을 해야 좋을지 모르겠지만,

일단 국민학교, 아니 초등학교 시간으로 잠시 돌아가 보겠습니다

  

우리는 초등학교 자연 시간에 꼬마전구 실험을 통해서 도체는 전기나 열을 통하는 물질,

부도체는 전기를 안 통하는 물질, 반도체는 조건에 따라 전기나 열이 통할 수도 안 통할 수도 있는

물질이라고 배운 바 있습니다

 

즉, 쉽게 말해 반도체는 평상시에는 부도체와 같이 전기가 거의 통하지 않지만,

인공적인 조작을 통해 도체로 변신하거나 부도체로 변신할 수 있는 것이

반도체의 핵심이라고 할 수 있겠습니다.

 

반도체는 전기가 잘 흐르는 금속과 전기가 안 흐르는 흙 사이의 성질을 가진 물질입니다.

희토류에 대해서 들어보신 적이 있었을 겁니다.

예를 들어, 모래에 있는 실리콘이나 돌에 있는 게르마늄과 같은 원소들이 반도체에 속하는데, 

이러한 원소들로 구성된 반도체에 온도나 빛, 또는 다른 물질을 섞는 등의 방법으로

전기가 흐르는 정도를 바꿀 수 있는 특징 때문에 반도체는 다양한 전자 기기에 사용됩니다.

 

희토류가 등장을 했으니 자세하게 알 필요는 없으나 간단하게 설명하자면,

희토류는 17개의 화학 원소로 구성된 광물로, 반도체 제조에 필수적인 소재입니다.

희토류는 반도체의 성능, 품질, 안정성을 향상하는 데 사용됩니다

 

희토류는 반도체의 다양한 부분에 적용되는데 

예를 들어, 란타넘은 LED와 OLED의 발광 소자로 사용되고,

네오디뮴은 자기 저항이 낮은 반도체로 사용되고,

프라세오디뮴은 고온에서도 안정적인 반도체로 사용됩니다.

 

희토류는 반도체 제조 공정에서도 중요한 역할을 합니다.

예를 들어, 란타넘과 기타 희토류는 에피택시층의 접착력과 결정 구조를 개선하기 위한 완충층으로 사용되고,

세륨은 반도체의 에칭과 세정 단계에서 사용됩니다.

 

희토류는 반도체 외에도 스마트폰, LCD, 전기 자동차, 풍력 발전 등에 사용되며,

첨단 산업에 필수적인 자원입니다.

그러나 희토류는 지구의 지각에 상대적으로 풍부하게 분포하지만,

경제적으로 채굴할 수 있는 형태로는 드물기 때문에 희귀하고 귀중한 금속으로 간주됩니다.

 

전 세계의 희토류 매장량은 약 1억 2천만 톤으로 추정되며, 중국이 37%로 가장 많은 비율을 차지합니다.

다음으로 베트남, 브라질, 러시아, 인도 등이 뒤를 이으며, 한국은 0.1%로 매장량이 적은 편입니다.

최근 자료에 의하면 북한에 희토류가 많이 매장되어 있을 것이라고 하는데 정확한 정보는 없습니다

 

전 세계의 희토류 생산량은 2019년 기준으로 약 17만 톤이며,

중국이 70% 이상을 생산하여 독점적인 지위를 유지하고 있습니다.

다음으로 호주, 미국, 미얀마 등이 생산국으로 나타나고 있습니다.

 

희토류는 중국과 미국 등의 강대국들이 두고 경쟁하고 있는 자원이기도 합니다.

중국은 희토류 수출을 제한하거나 고가로 판매하여 자원 무기화를 시도하고 있으며,

미국은 자국의 희토류 생산량을 늘리거나 동맹국과 협력하여 안정적인 공급망을 구축하려 하고 있습니다.

 

정리하면,
반도체는 전기가 잘 흐르기도 하고 잘 흐르지 않기도 하는 물질로
전기의 흐름을 제어할 수 있기 때문에 스위치나 증폭기 등의 역할을 할 수 있습니다.
반도체는 실리콘, 게르마늄 등의 원소로 만들어지며,
다른 원소를 섞어서 전기 전도도를 바꿀 수 있습니다. 이를 도핑이라고 합니다.
희토류는 반도체의 성능, 품질, 안정성을 향상하는 데 사용되는 중요한 광물입니다.
반도체는 컴퓨터, 스마트폰, TV, 전기 자동차 등의 다양한 전자제품에 사용되며,
첨단 산업의 핵심 기술입니다.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. 반도체의 역사

 

반도체의 이해에 대한 역사는 19세기 초부터 물질의 전기적 특성에 대한 실험과 함께 시작되었습니다.

저항 음온도계수, 정류, 광민감도 등이 관찰되었습니다.

반도체의 띠구조와 전자와 양공의 개념은 양자역학의 발전과 함께 20세기 초에 정립되었습니다.

 

반도체는 절대 영도에서 가장 위의 원자가띠가 가득 차 있고,

온도나 빛 등의 외부 자극에 의해 전자가 전도띠로 이동하면서 전기를 흐르게 하는 물질입니다.

 

반도체의 첫 번째 제품인 트랜지스터는 1947년에 벨 연구소에서 개발되었습니다.

트랜지스터는 반도체의 스위치 기능을 이용하여 전기 신호를 증폭하거나 제어할 수 있는 장치입니다.

 

반도체에 불순물을 첨가하여 운반자의 종류와 개수를 바꾸는 과정을 도핑이라고 합니다.

도핑에 따라 N형과 P형으로 나뉘며, 이를 조합해 다이오드, 트랜지스터, 집적회로 등을 만들 수 있습니다.

 

집적회로는 여러 개의 트랜지스터와 다른 부품들을 하나의 칩에 집적한 회로입니다.

집적회로는 1958년에 TI 사에서 처음 개발되었으며,

이후 반도체 기술의 발전과 함께 용량과 성능이 증가하고 크기와 비용이 감소하였습니다.

 

삼성전자는 1974년에 반도체 사업을 시작하였으며,

1992년에 인텔을 제치고 DRAM 시장에서 세계 1위가 되었습니다.

삼성전자는 V-NAND, LPDDR5, Exynos 등 다양한 반도체 제품을 개발하고 있으며,

EUV 기반 공정 기술을 선도하고 있습니다.

 

 

 

 

 

3. 반도체가 왜 중요할까? 

 

반도체가 중요한 이유는 전기의 흐름을 제어할 수 있다는 점인데, 스위치나 증폭기, 차단기나

시간에 맞춰 자동으로 실행되는 모든 전기 전자 제품에 필수적으로 들어가는 것이 반도체이기 때문입니다.

 

반도체는 컴퓨터, 스마트폰, TV, 전기 자동차 등의 다양한 전자제품에 사용되며, 첨단 산업의 핵심 기술입니다.

반도체는 정보를 0과 1로 나타내어 기억하고 저장하며, 그 정보를 제어하고 처리합니다.

 

반도체는 인공지능, 로봇, 자율주행차, 드론 등 4차 산업혁명하면 떠오르는

대부분의 기술에 필수적으로 사용됩니다.

인공지능은 반도체의 성능과 발전에 크게 의존하며, 반도체는 인공지능의 활용과 발전에 크게 기여합니다.

 

반도체는 경제 및 국가 안보의 주요 자산이기도 합니다.

반도체는 교통, 의료, 에너지, 환경, 국방 등 사회의 다양한 분야에 적용되며,

인류의 삶의 질을 향상하고 문제를 해결하는 데 도움이 됩니다.

 

예를 들어, 반도체는 교통 신호등이나 내비게이션 시스템에서

교통 흐름을 관리하고 안전을 유지하는 데 사용됩니다.

반도체는 의료 기기나 생체 칩에서 환자의 건강 상태를 모니터링하고 진단하고 치료하는 데 사용됩니다.

반도체는 태양광 발전이나 스마트 그리드에서 에너지 효율을 높이고 환경오염을 줄이는 데 사용됩니다.

반도체는 레이더나 위성에서 국가의 안보를 보장하는 데 사용됩니다.

 

따라서 반도체는 고부가가치 산업으로 수출입이 활발하며, 국가 간의 경쟁력과 영향력을 좌우합니다.

반도체는 또한 레이더나 위성과 같은 국가의 안보와 군사적인 용도로도 사용되며,

국가의 안전을 보장하는 데  반드시 필요하기 때문에 우리의 삶과 사회에 많은 영향을 미치고 있으며,

앞으로도 더욱 발전될 수밖에 없는 필수재라고 할 수 있습니다. 

 

 

 

 

 

4. 반도체의 제조 공정

 

반도체를 만들기 위해서는 모래에서 시작하여 많은 단계를 거쳐야 합니다.

그중에서도 가장 중요한 단계를 '반도체 8대 공정’이라고 부릅니다.

 

반도체 제조는 여러 단계의 복잡하고 정밀한 공정으로 이루어지며, 각 공정마다 필요한 기술이 다릅니다.

하지만, 일반적으로 반도체 제조에서 가장 중요한 기술은 공정 기술력이라고 할 수 있습니다.

 

공정 기술력이란 반도체를 제조하는 데 필요한 공정의 성능과 품질을 향상하는 능력을 말합니다.

공정 기술력은 반도체의 크기, 속도, 전력 소모, 신뢰성 등을 결정하며, 반도체 산업의 경쟁력을 좌우합니다.

공정 기술력은 공정의 미세화, 균일화, 자동화 등을 통해 발전할 수 있습니다.

 

공정의 미세화란 반도체의 크기를 줄이는 것을 말합니다.

공정의 미세화는 반도체에 들어가는 소자의 개수를 늘리고,

전기 신호의 전달 시간을 단축하며, 전력 소모를 감소시킵니다.

공정의 미세화는 나노미터(nm) 단위로 측정되며,

현재 가장 선도적인 기업들은 5nm 이하의 공정 기술을 보유하고 있습니다..

 

공정의 균일화란 반도체의 품질을 일관되게 유지하는 것을 말합니다.

공정의 균일화는 반도체의 성능과 신뢰성을 향상하고,, 결함률과 폐기율을 감소시킵니다.

공정의 균일화는 정밀한 온도, 압력, 화학물질 등의 조절과 청결한 환경 유지 등을 통해 이루어집니다..

그래서 반도체 공장에는 하얀 방진복을 입고 작업하는 모습을 보게 되는 것입니다.

 

공정의 자동화란 반도체의 제조를 인간의 개입 없이 수행하는 것을 말합니다.

공정의 자동화는 반도체의 생산 속도와 효율성을 높이고, 인건비와 오류를 줄입니다.

공정의 자동화는 로봇, 인공지능, 컴퓨터 비전 등의 기술을 이용하여 이루어집니다..

 

공정 기술력 외에도 반도체 제조에서 중요한 기술로는 디자인 기술, 패키징 기술, 검사 및 테스트 기술 등이 있습니다.

디자인 기술은 반도체 회로의 구조와 기능을 설계하는 능력을 말합니다.

패키징 기술은 반도체 칩을 보호하고 외부와 연결하는 능력을 말합니다.

검사 및 테스트 기술은 반도체 칩의 결함이나 성능을 확인하는 능력을 말합니다.

 

사실 삼성전자 홈페이지에 방문하면 알 수 있는 부분이지만 일부러 들어가시는 일이 없으실 것이기에 

요약해서 알려드리자면, 

 

https://semiconductor.samsung.com/kr/support/tools-resources/fabrication-process/eight-essential-semiconductor-fabrication-processes-part-1-what-is-a-wafer/

[반도체 8대 공정] 1탄, ‘웨이퍼’란 무엇일까요? | 삼성반도체

 

 

웨이퍼

웨이퍼가 무엇인지 먼저 알고 반도체 제조 공정에 대해서 알아보기로 하겠습니다

웨이퍼란 반도체 집적회로를 만드는 데 사용하는 주요 재료로,

실리콘, 갈륨 아세나이드 등을 성장시켜 얻은 단결정 기둥을 적당한 지름으로 썰어 낸

얇은 원판모양의 판입니다.

웨이퍼는 반도체의 기반으로, 웨이퍼 위에 다수의 동일 회로를 만들어 반도체 칩이 탄생합니다.

 

 

보통 반도체 8대 공정이라고 하기도 하고, 전공정과 후공정이라고 하는 공정을 거친 후에

비로소 반도체 칩이 완성됩니다.

이렇게 만들어진 반도체 칩이 컴퓨터, 스마트폰, TV, 디지털카메라, 자동차 등

우리 생활에서 쓰이는 대부분의 전자 제품에 들어 있습니다.

 

 

 

반도체 웨이퍼에서 칩을 만드는 공정 설명

 

실제 웨이퍼의 모습

 

웨이퍼 위에 실제 가공된 반도체 칩의 모습입니다

 

D램이나 낸드 등의 반도체 칩의 과점은 잘 알려져 있지만 반도체의

주 재료인 웨이퍼 시장의 과점은 비교적 알려져 있지 않습니다.

상위 5개 회사가 90%가 넘는 시장 점유율을 가지고 있는데 

일본 회사인 신에츠화학공업과 SUMCO가 30%대의 점유율로

나란히 1,2위를 차지하고 있으며 (두 회사의 점유율을 합쳐 60% 정도.)

독일 회사인 실트로닉이 그 뒤를 추격하고 있습니다.

 

미국 회사인 선에디슨과 한국 회사인 SK실트론이 4,5위를 차지하고 있습니다.

이 다섯 개의 회사의 점유율이 90%를 차지하고 있습니다.

이 시장 역시 반도체의 호황에 따라 함께 호황을 맞고 있으며

역시 마찬가지로 중국 회사들이 진입을 시도하고 있습니다

 

 

따라오기 힘들더라도 여기서 조금만 더 들어가 보도록 하겠습니다

 

공장장은 8대 공정이 아닌 반도체의 전공정과 후공정으로 나눠서 설명해 드리겠습니다.

반도체의 전공정은 반도체 칩을 만드는 과정으로,

웨이퍼 제조, 산화, 포토, 에칭, 이온 주입, 확산, 금속막 형성 등의 단계를 거칩니다.

 

반도체의 후공정은 반도체 칩을 완제품으로 만드는 과정으로,

패키징, 검사, 마킹, 테스트 등의 단계를 거칩니다.

 

 

반도체의 전공정은 다음과 같습니다

 

웨이퍼 제조

웨이퍼란 반도체 집적회로를 만드는 데 사용하는 주재료로, 순수한 실리콘 결정체입니다.

모래에서 실리콘을 추출하고, 고온에서 녹여서 결정화시킨 후, 얇고 평평한 원판 모양으로 절단합니다..

 

산화 공정

웨이퍼 표면에 실리콘 산화막을 형성해 트랜지스터의 기초를 만드는 공정입니다.

산화막은 전기적으로 절연되어 있으며, 반도체 소자의 성능과 안정성을 높여줍니다..

 

포토 공정

웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 과정입니다.

포토레지스트라는 빛에 반응하는 화학물질을 웨이퍼에 도포하고,

마스크라는 패턴을 가진 금속판을 이용하여 빛을 조사합니다.

그러면 원하는 부분만 포토레지스트가 남아서 회로의 모양이 생깁니다..

 

에칭 공정

포토레지스트가 남아있는 부분을 제외하고 산화막이나 금속 등을 제거하는 공정입니다.

에칭은 화학적인 방법(액체에 담그거나 가스로 반응시키는 방법)이나

물리적인 방법(이온 빔으로 쏘아내는 방법)으로 수행할 수 있습니다..

 

이온 주입 공정

웨이퍼에 N형 또는 P형의 이온을 주입하여 전기적인 특성을 바꾸는 공정입니다.

이온 주입은 전압을 가해 이온을 가속시켜 웨이퍼에 쏘아 넣거나,

이온 빔을 이용하여 정밀하게 조절하는 방법으로 수행할 수 있습니다..

 

확산 공정

이온 주입된 부분을 고온으로 가열하여 이온들이 균일하게 확산되도록 하는 공정입니다.

확산은 PN접합을 형성하거나, 저항 값을 조절하거나, 소자 간의 연결 등의 목적으로 사용됩니다..

 

금속막 형성 공정

웨이퍼 위에 금속막을 형성하여 소자 간의 전기적인 연결을 만드는 공정입니다.

금속막은 진공 상태에서 금속 원료를 기화시켜 웨이퍼에 증착시키는 방법으로 만들 수 있습니다.

금속막은 알루미늄, 구리, 텅스텐 등이 사용됩니다

 

 

반도체의 후공정은 다음과 같습니다

 

패키징 공정

웨이퍼를 개별적인 반도체 칩으로 절단하고,

외부와의 전기적인 연결을 위해 리드라는 금속선을 부착하는 공정입니다.

패키징은 반도체 칩을 보호하고, 열을 방출하고, 기계적인 충격을 흡수하는 역할을 합니다..

 

검사 공정

패키징 된 반도체 칩의 외관과 내부를 검사하는 공정입니다.

검사는 시각적인 방법이나 X-선, 초음파 등의 기기를 이용하여 수행할 수 있습니다.

검사는 반도체 칩의 결함이나 손상을 찾아내고, 품질을 관리하는 데 필요합니다..

 

마킹 공정

패키징 된 반도체 칩에 제조사, 제품명, 일련번호 등의 정보를 새기는 공정입니다.

마킹은 레이저나 잉크젯 등의 방법으로 수행할 수 있습니다.

마킹은 반도체 칩의 식별과 추적을 가능하게 합니다..

 

테스트 공정

패키징 된 반도체 칩의 성능과 기능을 테스트하는 공정입니다.

테스트는 전압, 전류, 주파수, 온도 등의 다양한 조건에서 반도체 칩이 정상적으로 작동하는지 확인합니다.

테스트는 반도체 칩의 신뢰성과 호환성을 보장하는 데 필요합니다..

 

 

이렇게 7가지의 전공정과 네 가지의 후공정을 통해서 생산되는

반도체가 예측 가능하고 믿을 만한 전기적 특성을 띠도록 대량 생산하는 것은 어려운 일입니다

그러기 위해선 화학적 순도가 높고, 결정 구조가 완벽해야 하기 때문인데 

아주 작은 불순물이나 진동에 의해서 반도체의 성질이 매우 크게 변하기 때문에,

대단히 높은 기술과 화학적 순도의 공정이 필요합니다. 

 

 

 

 

 

5. 반도체 기업 

 

반도체 기업은 IDM, 팹리스, 파운드리, 패키징, 장비업체 이렇게 총 5가지로 분류할 수 있습니다.

 

1. IDM이란

 

Integrated Device Manufacturer의 약자로, 반도체 디자인, 제조, 판매를 모두 수행하는 기업을 말합니다..

IDM은 자체적으로 반도체 공정 기술을 보유하고 있으며,

고객의 요구에 맞춰 다양한 종류의 반도체 제품을 제공할 수 있습니다..

IDM은 반도체 산업의 초기부터 주류를 이루었으며, 현재도 많은 기업들이 IDM으로 운영되고 있습니다.

 

IDM의 대표적인 예로는 삼성전자, 하이닉스, 인텔, 텍사스 인스트루먼트, 마이크론,

ST마이크로일렉트로닉스 등의 기업이 있으며,

이 기업들은 메모리, 로직, 파운드리, 센서 등 다양한 분야에서 선도적인 역할을 하고 있습니다.

IDM은 자체적으로 공정 개발과 제조를 수행하기 때문에,

품질 관리와 비용 절감에 유리하며, 고객과의 직접적인 협력이 가능합니다..

 

IDM은 자체적으로 반도체 공정 기술을 보유하고 있으며,

고객의 요구에 맞춰 다양한 종류의 반도체 제품을 제공할 수 있습니다.

IDM에서 제조되는 반도체 제품의 예로는 다음과 같은 것들이 있습니다

 

메모리

메모리는 컴퓨터나 스마트폰 등의 전자기기에서 데이터를 저장하고 읽어오는 역할을 하는 반도체입니다.

메모리에는 DRAM, NAND 플래시, NOR 플래시 등 여러 종류가 있습니다.

메모리는 용량과 속도가 중요한 요소입니다.

IDM에서 메모리를 제조하는 기업으로는 삼성전자, SK하이닉스, 마이크론 등이 있습니다..

 

로직

로직은 컴퓨터나 스마트폰 등의 전자기기에서 연산이나 제어를 수행하는 역할을 하는 반도체입니다.

로직에는 CPU, GPU, DSP, MCU 등 여러 종류가 있습니다.

로직은 성능과 전력 소모가 중요한 요소입니다.

IDM에서 로직을 제조하는 기업으로는 인텔, AMD, 삼성전자 등이 있습니다

 

파운드리

파운드리는 자체 제품을 만들지 않고,

반도체 디자인 기업으로부터 수탁을 받아 반도체를 위탁 생산하는 기업입니다.

파운드리는 공정 기술력과 생산 능력이 중요한 요소입니다.

IDM에서 파운드리 서비스를 제공하는 기업으로는 삼성전자, 인텔, ST마이크로일렉트로닉스 등이 있습니다.

 

센서

센서는 온도, 습도, 압력, 가속도, 광량 등의 물리적인 변화를

전기적인 신호로 변환하는 역할을 하는 반도체입니다.

센서는 스마트폰, 자동차, 의료기기 등 다양한 분야에서 사용됩니다.

센서는 정확성과 안정성이 중요한 요소입니다.

IDM에서 센서를 제조하는 기업으로는 텍사스 인스트루먼트, ST마이크로일렉트로닉스, 보쉬 등이 있습니다.

 

 

 

2. 팹리스 기업이란,

 

반도체 디자인은 직접 수행하지만, 반도체 제조는 외부의 파운드리 기업에 위탁하는 기업을 말합니다.

팹리스 기업은 자체적으로 생산라인 공장(Fab)을 가지고 있지 않으며, 디자인과 마케팅에 집중합니다.

반도체 생산을 하기에는 엄청나게 높은 진입 장벽이 존재하기 때문입니다.

 

반도체 생산라인을 만드는 데에도 엄청난 비용이 들고

그 안에 설치할 반도체 장비도 매우 비싸게. 적게는 몇백억, 크게는 몇천억이 드는 장비를

여러 개 사기에는 비용이 많이 들기 때문에 장비를 샀다고 치더라도

현재의 미세공정을 적용할 기술이 없다면 장비는 쓸 모가 없어지기 때문입니다.

 

즉, 비용+하이테크놀로지 때문에 반도체를 제조하는 것은 매우 어려울뿐더러 진입장벽이 높습니다.

따라서 팹리스 기업은 반도체 제조에 필요한 많은 비용과 리스크를 줄일 수 있으며,

고객의 요구에 빠르게 대응할 수 있습니다..

 

팹리스 기업의 대표적인 예로는 엔비디아, 퀄컴, AMD, 브로드컴, 엑시노스, 애플 등이 있습니다.

이러한 기업들은 그래픽 카드, 스마트폰 프로세서, 네트워크 칩 등

다양한 분야에서 선도적인 역할을 하고 있습니다.

팹리스 기업은 주로 TSMC, 삼성전자, GlobalFoundries 등의 파운드리 기업과 협력하여

반도체를 제조하고 있습니다..

 

 

 

3. 반도체 파운드리 업체란,

 

자체 제품을 만들지 않고,

반도체 디자인 기업으로부터 수탁을 받아 반도체를 위탁 생산하는 기업을 말합니다.

반도체 파운드리 업체는 공정 기술력과 생산 능력이 중요한 요소입니다.

반도체 파운드리 업체는 디자인 기업의 요구에 맞춰 다양한 종류의 반도체 제품을 제공할 수 있습니다.

 

반도체 파운드리 업체의 대표적인 예로는

TSMC, 삼성전자, GlobalFoundries, UMC, SMIC DB하이텍 등이 있습니다.

이러한 기업들은 메모리, 로직, 센서 등 다양한 분야에서 선도적인 역할을 하고 있습니다.

반도체 파운드리 업체는 주로 IDM(Integrated Device Manufacturer)이나

Fabless(반도체 디자인 전문 기업)과 협력하여 반도체를 제조하고 있습니다.

 

 

4. 반도체 패키징 업체란,

 

반도체 칩을 보호하고 외부와 연결할 수 있도록

반도체 칩의 데이터 입력과 출력 단자를 외부와 연결하는 작업으로서

반도체 칩을 물리적으로 보호하고 상호 배선 및 전력 공급을 위해 필요한 공정으로

패키지라는 케이스에 넣어주는 기업을 말합니다.

반도체 패키징 업체는 패키징 기술과 품질 관리가 중요한 요소입니다.

반도체 패키징 업체는 다양한 형태와 크기의 패키지를 제공할 수 있습니다.

 

반도체 패키징 업체의 대표적인 예로는 ASE, Amkor, JCET, SPIL, 코스모스 등이 있습니다.

이러한 기업들은 BGA, QFN, CSP, WLCSP, TSV 등 다양한 종류의 패키지를 제공하고 있습니다.

반도체 패키징 업체는 주로 IDM(Integrated Device Manufacturer)이나

Fabless(반도체 디자인 전문 기업)과 협력하여 반도체를 완성하고 있습니다.

 

 

5. 반도체 장비업체란,

 

반도체 제조 공정에 필요한 장비를 제공하는 기업을 말합니다.

반도체 장비업체는 반도체 공정의 성능과 품질을 향상하는 데 중요한 역할을 합니다.

반도체 장비업체는 다양한 종류의 장비를 제공할 수 있습니다.

 

반도체 장비업체의 대표적인 예로는 ASML, 램 리서치, 코바코, 삼성전자, 에이피에스 등이 있습니다.

이러한 기업들은 다음과 같은 종류의 장비를 제공하고 있습니다

 

대표적인 외국계 장비기업으로는

어플라이드머트리얼즈(AMAT), ASML, 도쿄일렉트론(TEL), 램리서치(LRCX),

KLA-Tencor(KLAC) 등이 있습니다.

 

 

어플라이드머트리얼즈(AMAT)는 증착장비, CMP, 식각장비, 에피텍시, 이온주입, RTP 장비 등을 생산하며

 

ASML은 포토공정에서 쓰이는 노광장비를 생산합니다

 

도쿄일렉트론(TEL)은 식각장비, 증착장비, 포토장비, 세정장비들을 생산하고 있으며

 

램리서치(LRCX)는 증착장비, 식각장비, 세정장비들을 생산하고 있습니다

 

 

KLA-Tencor(KLAC)는 wafer의 불량, 결함 등을 검사하는 장비를 생산합니다.

 

언제 접하더라도 접할 기업들이기에 여기서 조금만 더 들어가 보도록 하겠습니다.

 

 

리소그래피 장비

웨이퍼 위에 반도체 회로를 그려 넣는 장비입니다.

리소그래피 장비는 빛이나 전자선 등을 이용하여 웨이퍼에 패턴을 형성합니다.

리소그래피 장비는 공정의 미세화와 정밀도가 중요한 요소입니다.

리소그래피 장비의 종류로는 광학 노광기, EUV 노광기, 전자빔 노광기 등이 있습니다.

 

에칭 장비

웨이퍼에서 필요 없는 부분을 제거하는 장비입니다.

에칭 장비는 화학적인 방법(액체나 가스로 반응시키는 방법)이나

물리적인 방법(이온 빔으로 쏘아내는 방법)으로 수행할 수 있습니다.

에칭 장비는 공정의 균일화와 품질 관리가 중요한 요소입니다.

에칭 장비의 종류로는 습식 에칭기, 건식 에칭기, 원자층 에칭기 등이 있습니다..

 

이온 주입 장비

웨이퍼에 N형 또는 P형의 이온을 주입하여 전기적인 특성을 바꾸는 장비입니다.

이온 주입 장비는 전압을 가해 이온을 가속시켜 웨이퍼에 쏘아 넣거나,

이온 빔을 이용하여 정밀하게 조절하는 방법으로 수행할 수 있습니다.

이온 주입 장비는 공정의 성능과 신뢰성이 중요한 요소입니다.

이온 주입 장비의 종류로는 고에너지 이온 주입기, 저에너지 이온 주입기 등이 있습니다.

 

금속막 형성 장비

웨이퍼 위에 금속막을 형성하여 소자 간의 전기적인 연결을 만드는 장비입니다.

금속막 형성 장비는 진공 상태에서 금속 원료를 기화시켜

웨이퍼에 증착시키는 방법으로 수행할 수 있습니다.

금속막 형성 장비는 공정의 속도와 효율성이 중요한 요소입니다.

금속막 형성 장비로는 화학증착장치(CVD), 물리증착장치(PVD), 원자층 증착장치(ALD) 등이 있습니다.

 

그냥 이런 장비회사들이 있다는 것 정도만 아시기 바랍니다.

 

여기서 그냥 지나갈 수 없는 기업이 있습니다

 

ASML은 네덜란드 벨트호벤에 본사를 두고 있는 글로벌 반도체 장비 회사입니다

반도체 장비 중에서도 포토공정에 쓰이는 노광장비를 제작, 판매, 보수까지 하는 회사로 

ASML만의 고유한 기술 EUV 리소그래피를 활용한 설비로 주목받고 있는 회사입니다.​

 

ASML은 반도체 장비를 종합 반도체 회사와 파운드리 회사에 납품해야 하는

소위 말해 "을"의 관계에 있지만 ASML은 그냥 "을"이 아닙니다. 말 그대로 "슈퍼을"이라고 불릴 정도이고

어떻게 보면  "슈퍼 갑갑"이라고 볼 수 있는 기업입니다. 

그 이유는 ASML이 판매하는 EUV기술의 노광장비는 가격이 1,500억 원이 넘는 고가의 장비임에도 불구하고

수년치의 예약 물량이 수주되어 있는 상태이며, 지금 가서 대기표를 끊더라도 납품받기 위해서는 

몇 년을 기다려야 할 수도 있을 정도입니다.

 

주요 고객사는 삼성, SK hynix, INTEL, TSMC 등 세계의 굴지의 기업들이고 

ASML 코리아는 경기도 화성에 본사를 두고 있으며, ASML 코리아는 삼성, SK hynix를 담당하고 있습니다.

 

 

뉴스를 보다 보면 삼성이 5nm먼저 개발 했네, 이번엔 TSMC가 3nm먼저 했네...

누가 먼저 설비 들여왔네... 패키징이... 어떻네.. FinFET, MBCFET, FinFET, MBCFET, 등의

뉴스를 보신 적이 있으셨을 겁니다

파운드리 1위 자리를 지키려는 TSMC와 파운드리 1위 자리를 노리는 삼성의 경쟁이

앞서 말씀드린 장비업체 ASML의 장비 싸움으로 판가름 날 정도로 중요한 기업이기 때문입니다.

 

즉, 누가 먼저 ASML의 EUV 노광장비를 들여와서 더 미세한 공정을 양산에 돌입하느냐? 

이것이 승부의 키가 될 정도로 중요한 ASML장비를 먼저 들여오는 기업이 경쟁 우위에 설 정도로

중요한 장비 업체이므로 을의 위치이지만 슈퍼 갑으로 불리기에 충분한 싸움양상으로 흘러가고 있습니다.

 

ASML을 비롯해 다른 반도체 기업들에 대한 분석을 다음 주 중에 몰아서 하기 위해

선행학습을 하고 있다고 보시면 됩니다.

 

 

6. 반도체 산업의 시장규모와 현황

 

반도체 산업은 전자기기의 핵심 부품으로,

컴퓨터, 스마트폰, TV, 전기 자동차 등의 다양한 전자제품에 사용되며, 첨단 산업의 핵심 기술입니다.

반도체는 정보를 0과 1로 나타내어 기억하고 저장하며, 그 정보를 제어하고 처리합니다.

 

반도체 산업은 인공지능, 로봇, 자율주행차, 드론 등 4차 산업혁명하면 떠오르는

대부분의 기술에 필수적으로 사용됩니다.

인공지능은 반도체의 성능과 발전에 크게 의존하며, 반도체는 인공지능의 활용과 발전에 크게 기여합니다.

 

반도체 산업은 경제 및 국가 안보의 주요 자산이기도 합니다.

반도체는 고부가가치 산업으로 수출입이 활발하며, 국가 간의 경쟁력과 영향력을 좌우합니다.

반도체는 또한 군사적인 용도로도 사용되며, 국가의 안전을 보장하는 데 필요합니다.

 

전 세계 반도체 시장의 규모는 2020년 기준으로 약 4천억 달러로 추정되며,

2021년에는 5천억 달러를 넘을 것으로 예상됩니다.

전 세계 반도체 시장의 성장률은 2019년에 -12%, 2020년에 6.8%, 2021년에 12.5%로 변화하였습니다.

 

전 세계 반도체 시장의 주요 생산국은 미국, 대만, 한국, 중국, 일본 등입니다.

미국은 인텔, 마이크론, 텍사스 인스트루먼트 등의 글로벌 기업을 보유하고 있으며,

대만은 TSMC와 UMC 등의 파운드리 기업을 보유하고 있습니다.

한국은 삼성전자와 SK하이닉스 등의 메모리 기업을 보유하고 있으며,

중국은 SMIC와 HLMC 등의 파운드리 기업을 보유하고 있습니다.

일본은 소니와 도시바 등의 반도체 기업을 보유하고 있습니다.

 

전 세계 반도체 시장의 주요 소비국은 중국, 미국, 한국, 일본 등입니다.

중국은 스마트폰, PC, 서버 등의 다양한 전자제품을 생산하고 있으며,

미국은 애플, 마이크로소프트, 구글 등의 글로벌 기업을 보유하고 있습니다.

한국은 삼성전자와 LG전자 등의 전자제품 제조 기업을 보유하고 있으며,

일본은 소니와 닌텐도 등의 전자제품 제조 기업을 보유하고 있습니다.

 

 

 

 

 

 

7. 반도체의 전쟁의 전망

 

반도체 시장은 2020년에 코로나19 팬데믹의 영향으로 전 세계 경제가 위축되는 가운데도

6.8% 성장하였으며, 2021년에는 12.5% 성장할 것으로 예상됩니다.

반도체 시장의 성장은 스마트폰, PC, 서버, 클라우드, IoT, 자동차 등의 수요 증가와

인공지능, 5G, 자율주행차 등의 신기술 도입에 기인합니다.

 

반도체 시장은 메모리와 비메모리로 구분할 수 있으며,

메모리는 DRAM과 NAND로 구분할 수 있습니다.

 

메모리 시장은 2020년에 13.5% 성장하였으며, 2021년에는 23.1% 성장할 것으로 예상됩니다.

메모리 시장의 성장은 스마트폰과 서버의 용량 증가와 5G 스마트폰의 보급에 기인합니다.

 

비메모리 시장은 2020년에 3.4% 성장하였으며, 2021년에는 6.8% 성장할 것으로 예상됩니다.

비메모리 시장의 성장은 자동차와 산업용 반도체의 수요 회복과 인공지능과 IoT의 확산에 기인합니다.

 

반도체 시장은 지역별로 북미, 유럽, 중국, 일본, 한국 등으로 구분할 수 있습니다.

지역별로 보면, 중국이 가장 큰 시장을 차지하며,

2020년에는 35.7%, 2021년에는 38.3%의 점유율을 기록할 것으로 예상됩니다.

중국 시장의 성장은 국내 소비와 수출의 증가와 국가 지원 정책에 기인합니다.

 

다음으로 미국이 큰 시장을 차지하며,

2020년에는 21.4%, 2021년에는 20.8%의 점유율을 기록할 것으로 예상됩니다.

미국 시장의 성장은 애플, 마이크로소프트, 구글 등의 글로벌 기업의 수요와

미중 무역전쟁으로 인한 국내 생산 확대에 기인합니다.

 

반도체 시장은 공정별로 10 나노미터 이하와 그 이상으로 구분할 수 있습니다.

공정별로 보면, 10 나노미터 이하 공정이 가장 빠른 성장을 보이며,

2020년에는 전체 반도체 매출액의 18%, 2021년에는 전체 반도체 매출액의 28%를 차지할 것으로 예상됩니다.

10 나노미터 이하 공정의 성장은 스마트폰과 서버의 고성능 요구와 인공지능과 5G의 도입에 기인합니다.

10 나노미터 이하 공정의 주요 기업은 삼성전자와 TSMC입니다.

 

반도체 시장은 기술별로

메모리, 마이크로프로세서, 로직, 아날로그, 디스크리트, 센서 등으로 구분할 수 있습니다.

 

기술별로 보면, 메모리가 가장 큰 비중을 차지하며,

2020년에는 전체 반도체 매출액의 44%,

2021년에는 전체 반도체 매출액의 47%를 차지할 것으로 예상됩니다.

메모리의 주요 기업은 삼성전자와 SK하이닉스입니다.

 

다음으로 마이크로프로세서가 큰 비중을 차지하며,

2020년에는 전체 반도체 매출액의 22%,

2021년에는 전체 반도체 매출액의 21%를 차지할 것으로 예상됩니다.

마이크로프로세서의 주요 기업은 인텔과 AMD입니다.

 

 

 

 

 

8. 반도체와 삼성전자 그리고 하이닉스는 어떻게 될 것인가?

 

그래도 반도체 이야기를 시작했는데 한국의 삼성전자와 하이닉스에 대해 언급을 하지 않을 수가 없으니

간단히 소개만 드리고 나중에 기업분석 편에서 자세히 설명드리는 것으로 하겠으니 양해 바랍니다

 

삼성전자와 하이닉스는 한국의 대표적인 반도체 기업으로,

전 세계 반도체 시장에서 높은 점유율을 보이고 있습니다.

특히, 메모리 반도체 분야에서는 세계 1위와 2위를 차지하고 있습니다.

 

삼성전자는 2020년 기준으로 전 세계 반도체 매출액의 15.5%를 차지하며,

시장 점유율 1위를 달성하였습니다.

삼성전자는 DRAM과 NAND를 비롯한 다양한 메모리 제품을 생산하고 있으며,

메모리 시장에서는 43.5%의 점유율을 보이고 있습니다.

삼성전자는 또한 Exynos, ISOCELL, PMIC 등의 비메모리 제품도 생산하고 있으며,

비메모리 시장에서는 4.6%의 점유율을 보이고 있습니다.

 

하이닉스는 2020년 기준으로 전 세계 반도체 매출액의 5.6%를 차지하며,

시장 점유율 5위를 달성하였습니다.

하이닉스는 DRAM과 NAND를 주로 생산하고 있으며,

메모리 시장에서는 18.3%의 점유율을 보이고 있습니다.

하이닉스는 또한 CMOS 이미지 센서, CIS, MCP 등의 비메모리 제품도 생산하고 있으며,

비메모리 시장에서는 1.4%의 점유율을 보이고 있습니다.

 

삼성전자와 하이닉스의 앞으로의 전망은

 

삼성전자는 메모리 반도체 분야에서 세계 최초로 EUV 기반 공정 기술을 개발하고 양산에 성공하였으며,

앞으로도 고성능·저전력·소형화를 추구하는 메모리 제품을 개발할 것으로 보입니다.

AI와 관련해 엔비디아와도 협력을 강화하고 있으며

삼성전자는 또한 비메모리 반도체 분야에서도 파운드리 사업을 확대하고,

인공지능과 자동차 등의 신기술 분야에 집중할 것으로 보입니다.

 

하이닉스는 메모리 반도체 분야에서 고부가가치 제품을 개발하고,

다양한 고객과 파트너와 협력하여 안정적인 공급망을 구축할 것으로 보입니다.

하이닉스는 또한 비메모리 반도체 분야에서 CMOS 이미지 센서 등의 제품을 강화하고,

인공지능과 자동차 등의 신기술 분야에 진출할 것으로 보입니다.

 

 러프하게 알아본 삼성전자와 하이닉스도 조만간 종목 분석에서 자세하게 다루어 드릴 것을 약속합니다. 

 

 

9. 요즘 핫하게 떠오르는 AI에 관련된 반도체의 특징

 

 

AI에 관련된 반도체의 특징을 설명하자면 

 

AI는 인공지능이라고 하며, 컴퓨터가 인간의 지능과 유사한 기능을 수행할 수 있도록 하는 기술입니다.

AI는 머신러닝, 딥러닝, 컴퓨터 비전, 자연어 처리, 음성 인식 등의 다양한 분야에 적용되며,

우리의 삶과 사회에 많은 영향을 미치고 있습니다.

 

AI에 관련된 반도체는 AI의 학습과 추론을 위해 필요한 고성능의 컴퓨팅 파워를 제공하는 반도체입니다.

AI에 관련된 반도체는 CPU, GPU, FPGA, ASIC 등의 다양한 유형이 있으며,

각각의 장단점과 적용 분야가 다릅니다.

 

CPU는 중앙처리장치라고 하며, 컴퓨터의 기본적인 연산과 제어를 담당하는 반도체입니다.

CPU는 범용적으로 사용할 수 있으며, AI의 학습과 추론에 모두 사용될 수 있습니다.

CPU의 주요 기업은 인텔과 AMD입니다.

 

GPU는 그래픽처리장치라고 하며, 컴퓨터의 그래픽 연산을 담당하는 반도체입니다.

GPU는 병렬처리가 가능하므로, AI의 학습과 추론에 효율적으로 사용될 수 있습니다.

GPU의 주요 기업은 엔비디아와 AMD입니다.

 

FPGA는 현장프로그래밍 가능 배열회로라고 하며,

회로를 자유롭게 구성하고 변경할 수 있는 반도체입니다.

FPGA는 유연성이 높으며, AI의 추론에 특화되어 사용될 수 있습니다.

FPGA의 주요 기업은 엑스일린스와 알테라입니다.

 

ASIC은 특정용도집적회로라고 하며, 특정 목적에 맞게 설계된 반도체입니다.

ASIC은 성능과 전력 효율이 뛰어나며, AI의 추론에 최적화되어 사용될 수 있습니다.

ASIC의 주요 기업은 구글과 애플입니다.

 

 

 

10. 결론 

 

이상에서 언급된 반도체 관련 회사만도 20~30여 개 되는데 이 중에서 중요한 회사들만 추려서

국내외 포함해서 10 종목 내외에서 종목 분석을 해볼까 합니다.

 

반도체의 중요성이 날로 더해 가고 있는데 삼성전자나 하이닉스 주가가 엔비디아처럼 올라 주면 

얼마나 좋겠습니까만은 그렇다고 마냥 나 몰라라 할 종목은 아니잖습니까?

 

다음 주부터는 반도체 기업들도 조금 세세하게 들여다보기 위해서 대충이라도 반도체가 왜 중요한지?

대략적으로 반도체에 대해서 훑어보는 시간을 가져봤습니다.