인문학적 반도체_1.IC와 관련 용어(2)

3장. 반도체는 어떻게 만들어지나?

이런 여러 IC들을 칩하나에 집적한 반도체를 SoC 또는 시스템IC라고 합니다. 

SoC는 System on Chip의 약자로 여러 기능을 가진 기기들로 구성된 시스템을 하나의 칩으로 만드는 기술을 뜻합니다. 

CPU,메모리,DSP 등 주요 반도체 소자를 하나의 칩에 구현해 칩 자체가 하나의 시스템이 되도록 하는 것으로 PCB(Printed Circuit Board) 상에서 여러 개의 반도체 칩이 모여 구현되던 시스템이 한 개의 칩으로 집적되는 기술을 의미합니다. 

SoC (System on Chip):
 디지털 신호, 아날로그 신호, 혼성 신호와 RF 기능등 여러개의 반도체 칩이 모여 구현되던 시스템을 칩 하나에 구현한 반도체

이렇게 여러 기능을 가진 반도체가 하나의 칩으로 통합되면 칩을 탑재하는 공간이 크게 줄어들어 제품 소형화가 가능하고, 여러 개의 반도체를 별도로 만드는 것 대비 제조비용이 감소하는 등 여러 장점들이 있어 퀄컴등 현재 많은 Fabless 업체들이 개발하고 있습니다.

올초 퀄컴이 5nm 스냅드래곤888 AP를 개발했다고 발표했는데 이런 AP(Application Processor)가 대표적인 SoC입니다. 

[ 퀄컴의 스냅드래곤888 AP ]

퀄컴은 이 칩을 5nm 디자인룰을 적용한 CMOS 공정으로 만들었다고 하는데 각각의 용어에 대해 알아보도록 하겠습니다. 

반도체 회로 선폭에 사용되는 단위 ‘나노미터(nm)’는 일반적으로 많이 사용되는 단위인 미터(m)를 기준으로 본다면, 1나노미터는 10억분의 1미터에 해당합니다. 

[ 반도체 미세공정 단위 _ 출처: 삼성반도체 이야기 }

1나노미터(nm)는 꽃가루(약 40μm)의 4만분의 1 정도로 굉장히 작습니다. 

우리 일상 속 흔히 보이는 사물과 비교하면 모래(약 1mm)의 100만분의 1, 머리카락 굵기(약 100μm)의 10만분의 1 에 해당하는 크기입니다.

[ 나노미터 크기 비교 _ 출처: 삼성반도체 이야기 ]

디자인룰이란 반도체를 설계하고 Layout을 진행하는데 이때 지켜야 할 간격이나 폭 같은 규칙들을 의미합니다. 통상 반도체를 만들기 위해서는 반도체 공정에서 요구되는 Rule이 존재합니다. 각 소재의 Layer와 개체간의 간격과 폭에 대한 항목들이 정해져 있어 이것을 기준으로 설계를 하여 Layout을 합니다.

Design Rule: 
반도체를 설계하고 Layout을 진행하는데 이때 지켜야 할 간격이나 폭 같은 규칙들을 의미함

CMOS는 Complementary Metal Oxide Semiconductor, 상보형 금속 산화 반도체의 약자로 마이크로프로세서나 S램 등 디지털 회로를 구성하는데 사용되는 집적회로의 한 종류입니다. 

CMOS는 일반 금속 산화막 반도체 전계효과 트랜지스터(MOSFET)의  P채널 트랜지스터(PMOS)와 N채널 트랜지스터(NMOS)가 접합된 상보 회로방식으로 구성되어 있습니다. 

[ CMOS 구조 _ 출처 : 삼성반도체이야기 ]

서로 상호보완 가능한 기능의 MOSFET을 이어만들었다고 보면 됩니다.

따라서 집적도가 높고 소모전력이 매우 적다는 이점을 가져 다양한 기능의 집적회로의 구현이 가능합니다.

 이 CMOS를 이용하면 저전력으로 디지털 로직회로와 아날로그 회로를 만들 수 있어 시스템 반도체의 핵심은 CMOS를 잘 만드는 것이라고도 할 수 있습니다. 

당연히 시스템 반도체의 대표적 반도체인 AP만들때도 사용합니다. 

따라서 

5nm 디자인룰의 CMOS공정이란 말은 

5nm의 미세한 회로선폭의 디자인룰을 지켜 CMOS공정의 FAB을 이용하여 만들었다는 의미입니다.