반도체 산업은 현대 기술의 핵심이라 해도 과언이 아닙니다. 스마트폰, 컴퓨터, 전기차, IoT 기기 등 우리 생활 속 모든 전자제품이 반도체를 기반으로 작동하고 있습니다. 그러나 반도체 산업을 접할 때 ‘팹리스(Fabless)’, ‘파운드리(Foundry)’, ‘웨이퍼(Wafer)’, ‘리소그래피(Lithography)’ 등 다양한 용어가 등장하며, 이를 이해하는 것이 쉽지만은 않습니다.
이번 글에서는 반도체 산업의 핵심 개념을 총정리하여 쉽게 이해할 수 있도록 설명해 드리겠습니다. 특히 반도체 제조 방식인 팹리스와 파운드리의 차이점, 그리고 주요 반도체 공정에 대한 내용을 상세히 다룰 예정이니 끝까지 읽어보시면 반도체 산업의 구조를 보다 명확하게 이해하실 수 있을 것입니다.
팹리스(Fabless)와 파운드리(Foundry)란?
반도체 산업은 크게 설계(Design)와 제조(Manufacturing) 과정으로 나뉩니다. 이에 따라 반도체 회사는 팹리스(Fabless)와 파운드리(Foundry)로 구분됩니다.
1) 팹리스(Fabless)
팹리스는 반도체 설계만을 담당하는 회사를 의미합니다. 팹(Fab, Fabrication) 시설을 보유하지 않기 때문에, 반도체 칩을 직접 생산하지 않고 설계에 집중하는 것이 특징입니다. 대표적인 팹리스 기업으로는 퀄컴(Qualcomm), 엔비디아(NVIDIA), 미디어텍(MediaTek), AMD 등이 있습니다. 팹리스 기업들은 파운드리에 생산을 맡기고, 최종적으로 자사의 브랜드로 제품을 출시합니다.
2) 파운드리(Foundry)
파운드리는 반도체 위탁 생산을 전문으로 하는 회사를 뜻합니다. 팹리스 기업이 설계한 반도체를 실제 공장에서 생산하는 역할을 하며, 대표적인 파운드리 기업으로는 TSMC(대만), 삼성전자(한국), 인텔 파운드리(미국) 등이 있습니다.
최근 반도체 수요 증가로 인해 파운드리 시장의 중요성이 더욱 커지고 있으며, 첨단 공정을 확보한 기업들이 반도체 제조를 주도하고 있습니다.
반도체 제조 공정의 주요 단계
반도체 칩이 완성되기까지는 수십 개의 공정이 필요합니다. 여기서는 대표적인 반도체 제조 과정의 핵심 단계를 살펴보겠습니다.
1) 웨이퍼(Wafer) 제작
반도체 칩의 기초가 되는 얇은 원판을 웨이퍼라고 합니다. 웨이퍼는 실리콘(Si, Silicon)을 원재료로 하며, 초정밀 가공을 거쳐 만들어집니다. 일반적으로 300mm(12인치) 웨이퍼가 최신 공정에서 사용됩니다.
2) 포토리소그래피(Photolithography)
포토리소그래피는 반도체 회로를 웨이퍼 위에 새기는 과정입니다. 이는 빛을 이용한 노광(Exposure) 기술로, 극자외선(EUV, Extreme Ultraviolet) 장비를 활용해 미세한 반도체 패턴을 형성합니다.
3) 증착(Deposition) 및 식각(Etching)
증착 공정에서는 웨이퍼 위에 얇은 박막을 증착하고, 이후 식각 과정을 통해 불필요한 부분을 제거하여 반도체 회로를 정교하게 만들어 갑니다.
4) 이온 주입(Ion Implantation) 및 금속 배선(Metal Interconnect)
이온 주입 공정은 반도체 소자의 성질을 조절하는 중요한 과정이며, 금속 배선 공정을 통해 트랜지스터 간 연결이 형성됩니다.
5) 패키징 및 테스트
완성된 반도체 칩은 패키징 과정을 거쳐 보호되며, 최종적으로 동작 여부를 검사하는 테스트 공정이 진행됩니다.
반도체 공정 미세화와 나노 기술
최근 반도체 산업에서는 공정 미세화가 핵심 경쟁력으로 자리 잡고 있습니다. 반도체 회로 선폭이 작아질수록 더 많은 트랜지스터를 집적할 수 있어 성능이 향상되고 전력 소모가 감소합니다.
1) 공정 미세화의 역사
○ 1990년대: 180nm(나노미터) 공정
○ 2000년대: 90nm → 65nm → 45nm 공정
○ 2010년대: 32nm → 22nm → 14nm → 10nm 공정
○ 2020년대: 7nm → 5nm → 3nm(현재 TSMC, 삼성전자 주도)
2) 미래 공정 기술
현재 2nm, 1.4nm 공정이 연구 중이며, 차세대 반도체 기술로 GAA(Gate-All-Around) 구조가 주목받고 있습니다. 이는 기존의 FinFET 대비 성능을 극대화하고 전력 소모를 줄이는 효과가 있습니다.
글로벌 반도체 시장의 주요 기업
반도체 산업은 소수의 글로벌 기업이 시장을 주도하고 있습니다. 대표적인 기업들을 살펴보겠습니다.
1) 팹리스 기업
○ 퀄컴(Qualcomm): 스마트폰 AP(애플리케이션 프로세서) 시장 강자
○ 엔비디아(NVIDIA): GPU(그래픽 처리 장치) 시장 1위
○ AMD: CPU, GPU 시장에서 인텔과 경쟁
2) 파운드리 기업
○ TSMC: 글로벌 파운드리 시장 점유율 1위
○ 삼성전자: 3nm GAA 공정 도입으로 경쟁력 강화
○ 인텔 파운드리 서비스(IFS): 파운드리 시장 후발 주자로 도전 중
반도체 산업의 미래 전망
반도체 산업은 인공지능(AI), 자율주행차, 메타버스 등 신기술 발전과 함께 꾸준히 성장하고 있습니다.
1) AI 반도체의 부상
AI 시대가 도래하면서 AI 전용 반도체인 TPU(Tensor Processing Unit), NPU(Neural Processing Unit) 등이 주목받고 있습니다.
2) 자율주행 및 전기차 시장 확대
테슬라, 현대차, GM 등 자동차 기업들이 반도체 수요를 급증시키며, 차량용 반도체 시장이 더욱 확대될 전망입니다.
3) 반도체 공급망 재편
미국, 유럽, 중국 등이 반도체 생산 능력을 강화하면서 글로벌 공급망 변화가 일어나고 있으며, 이에 따른 기술 경쟁이 심화될 것으로 예상됩니다.
이번 글에서는 반도체 산업의 주요 개념과 용어를 정리해보았습니다. 팹리스와 파운드리의 차이, 반도체 제조 공정, 주요 기업, 최신 기술 트렌드 등을 이해하면 반도체 시장을 보다 깊이 있게 파악할 수 있습니다. 앞으로 반도체 산업이 어떻게 발전할지 기대해 보면서, 더 많은 정보를 계속해서 알아가시길 바랍니다!