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1. 반도체 기술 동향
1.1. 실리콘 IC 공정
1.1.1. MOS
오늘날 대부분의 반도체 제품은 디지털 특성을 가지고 있으며 CMOS(complementary metal oxide semiconductor)로 생산된다. CMOS는 비교적 낮은 전력소모와 대량생산에서 기인한 저가격 등의 장점을 지닌다. CMOS는 셀룰러폰이나 기타 무선 제품 내의 기저대역 처리 기능에 독점적으로 사용되고 있다.
CMOS 기술의 핵심은 MOS(metal-oxide-semiconductor) 트랜지스터이다. MOS 트랜지스터는 금속-절연체-반도체로 구성된 구조로, 금속 전극(gate), 절연체(oxide), 반도체 기판(source, drain)으로 이루어져 있다. 동작 원리는 기판과 금속 전극 사이의 전압에 따라 채널이 형성되거나 차단되는 것이다. MOS 트랜지스터는 스위치 역할을 하며, 디지털 회로의 기본 소자로 사용된다.
CMOS 회로는 p형 MOS와 n형 MOS 트랜지스터를 병렬로 연결하여 구성한다. 이를 통해 낮은 전력 소모, 우수한 소음 내성, 높은 집적도 등의 장점을 얻을 수 있다. CMOS는 디지털 회로에 널리 사용되며, 마이크로프로세서, 메모리, 논리 회로 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
최근 MOS 트랜지스터의 크기가 계속 축소됨에 따라, 단채널 효과, 누설 전류 증가, 절연막 두께 감소 등의 문제가 발생하고 있다. 이를 해결하기 위해 고k 절연막, FinFET, 3D 적층 구조 등 다양한 연구가 진행 중이다. 또한 III-V 화합물 반도체, 탄소나노튜브, 그래핀 등 새로운 채널 물질 도입, 터널링 트랜지스터, 양자점 트랜지스터 등 차세대 소자 구조에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다.
1.1.2. 바이폴라
바이폴라는 고성능이 요구되는 곳에서 사용되어 왔다. 더 높은 게인과 전력처리능력이 요구되는 아날로그 IC 어플리케이션에서 바이폴라 기술은 지지 기반을 유지하고 있다. 사실 오늘날 시장에서 판매되는 대부분의 바이폴라 IC는 아날로그 특성을 가진다. 특징크기가 줄어들면서 바이폴라 트랜지스터가 CMOS 트랜지스터에 비해 가지던 성능이점이 줄어들어서 아날로그 어플리케이션에서조차 바이폴라는 CMOS에 점차 터전을 잃고 있지만 아날로그 어플리케이션을 위한 바이폴라 기술은 계속 발전하고 있다. 디지털 세계에서는 바이폴라 IC를 찾아보기 힘들다. 바이폴라 트랜지스터는 빠른 스위칭속도 때문에 통신 시스템과 같은 일부 고속 로직 어플리케이션에서 매력이 있는 것은 사실이지만, MOS는 작은 크기, 낮은 전력, 상대적인 공정 단순성, 그리고 규모의 신축성을 가지고 있어 메모리와 대부분의 로직 디바이스에서 선택되는 공정기술이 되고 있다.
1.1.3. BiCMOS/BCD
BiCMOS는 바이폴라와 CMOS의 독특한 장점들을 모두 가지고 있다. 로직과 칩의 메모리 부분에서는 CMOS의 저전력 이점이 사용되고, 신호처리를 위해서는 바이폴라 회로의 고속 성능이 이용된다. 순수한 CMOS와 비교했을 때 BiCMOS 기술이 가지는 주요 단점은 더 많은 공정단계를 거치고 다이 크기가 더 커서 비용이 높아진다는 것이다. 그러나 고성능과 기능성이 요구되는 어플리케이션에서는 높은 비용이 정당화될 수 있다. 최근 무선 및 고속 데이터 통신에서 디지털과 RF가 통합되면서 BiCMOS 기술에서 활동이 활발히 일어나고 있다. BiCMOS는 RF 기능을 위한 바이폴라 구동 트랜지스터를 CMOS 베이스밴드 및 IF 신호처리 요소들과 함께 동일한 칩 위에 결합함으로써 고도로 집적된 셀룰러폰을 만들 수 있게 해준다. Philips는 QUBiC으로 불리는 0.25㎛ 공정의 BiCMOS 기술을 사용하여 셀룰러폰과 무선호출기용의 칩을 생산하고 있다.
BiCMOS 기술과 유사한 BCD(Bipolar/CMOS/DMOS) 공정은 출력 구조를 위한 고전류, 고전압의 DMOS 트랜지스터와 제어로직을 위한 CMOS 트랜지스터, 그리고 혼합신호 기능을 위한 BiCMOS 회로를 결합한 것이다. STMicroelectronics가 1986년에 개발한 BCD 기술은 시간이 지나면서 회로의 집적도가 증가하고 더 큰 기능성이 추가되고 더 높은 전압능력이 추가되었다. 현재 사용되고 있는 BCD 공정은 마이크로프로세서, 비휘발성 메모리, 고전압 전력 회로 등을 하나의 칩 위에 집적할 수 있게 해준다.
1.1.4. SOI
SOI(Silicon-on-Insulator) 구조의 장점이 수년 동안 알려져 왔지만 SOI가 주류의 IC 생산에 사용되기 시작한 것은 최근의 일이다. SOI가 종래의 벌크 실리콘 공정에 비해 가지는 잠재적인 장점으로는 동일 특징크기에서의 더 높은 회로속도, 동일 클럭속도에서의 훨씬 낮은 전력소모, 상당한 회로 밀도 이득, 방사성에 기인한 오류에의 더욱 큰 면역성 등을 포함하여 상당히 많다. 더욱이 SOI는 기존의 공정과 호환성이 있어 이러한 성능 향상을 위해 공장의 기계를 바꿀 필요가 없다.
SOI는 비용과 수율 문제 때문에 최근까지만 해도 군용 및 항공 우주용의 내방사성 회로와 같은 니치 시장에서만 사용되어 왔...
