반도체 기업과 관련된 핵심 전공 소개

 반도체 개발을 하고 싶은, 혹은 업에 몸담고 싶은 사람들은 많은데 정작 어떠한 것을 공부해야 하는지 알려주는 것은 많지 않다. 반도체 분야가 전문화되어 있기 때문에 적당한 자료를 찾기 쉽지 않기 때문이다. 이번 포스팅은 세분화하지 않은 커다란 형태로 분류하여 필요한 전공을 나누고 향후 개발에 도움이 될 수 있도록 할 것이다.

1. 반도체 소자/공정/제조

 반도체 소자/공정/제조 업무와 가장 밀접한 전공은 전기/전자(반도체, 물리 전자) 전공이다. 반도체 제품에 있어 가장 중요한 소자 설계의 경우, 실제로 디자인한 소자가 어떠한 특성을 가질지 예측하고 만들어진 소자에 대해 평가하기 위해서는 물리에 뒷받침한 이론적 이해가 필요하다. MOSFET 소자의 동작 이해나, FinFET과 같은 새로운 구조의 소자 이해를 위해 더욱 공부하고 싶다면 반도체 소자, 고체 물리 등의 전공을 공부하는 것이 좋다.
 단위 공정 및 공정 기술은 이론적으로 생각한 소자를 실제로 구현하는 것을 말한다. 반도체 제품의 고집적화에 맞게 층층이 쌓는 증착 공정, 깎아내는 식각 동정 등 단위 공정 기술에 높은 기술력이 요구된다. 이러한 기술을 실현하는 데 필요한 전공은 반도체 소자, 유기/무기화학, 고분자공학, 플라스마 공학, 금속/세라믹 재료 등이다.
 신소재 개발 역시 반도체 개발에 있어 중요한 부분을 차지한다. 반도체 소자에 있어 공정만큼 중요한 것이 새로운 소재의 개발이다. 소재의 차이에 따라서도 같은 공정에서 구현한 소자의 특성이 달라질 수 있다. 또한 소재가 정확히 어떤 특성을 가지는지, 기존 소자 및 구조와 어떠한 궁합을 보이는지 파악해야 하므로 정확한 분석이 필요한 분야이다. 이에 필요한 전공은 유기/무기화학, 고분자공학, 금속/세라믹 재료, 분석학 등이다.
 공정 설계는 이러한 단위 공정과 개발된 신소재 등의 응용을 하나로 묶어서 전체 공정으로 디자인하는 것을 말한다. 공정 설계의 경우 재료뿐 아니라 전자적 지식을 수반하여 종합적으로 공정이 특성에 어떤 영향을 미치는지 판단할 수 있어야 한다. 이에 필요한 전공은 반도체 소자, 고체물리학 등이 있다.
 평가 및 분석은 공정 중 혹은 최종적으로 제작된 소자를 평가하는 것을 말한다. 평가 및 분석이 제대로 셋업이되어야 공정 기술 및 공정 설계 분야에 피드백을 줄 수 있기 때문에, 새로운 소자 개발에 있어 납기를 단축하는 키를 가지고 있다고 볼 수 있다. 공정에 따른 소재의 특성 변화, 형상 변화, 전기적 특성의 열화 등을 빠르게 알아채는 것이 중요하다. 분석학, 반도체 소자, 고체 물리뿐 아니라 사진이나 신호를 분석하여 의미 있는 데이터로 결과를 내주는 신호 및 시스템 등의 전공 지식이 필요하다. 또한 최근에는 빅데이터를 이용한 분석이 늘면서, 통계학 및 수치 분석학 등의 전공 지식의 필요성도 늘어나고 있다.
 최근 주목을 받는 소자 설계, 공정 기술은 소자 크기 감소에 따른 속도 증가와, 이에 맞춘 회로 설계 등 기존의 트렌드를 벗어나고 있다. 기존에 사용하던 광학계를 대신할 EUV 광원계, EUV 광원계에 필요한 새로운 마스크 및 감광제, FinFET 소자보다 소자 밀도를 높이는 GAA 구조 MOSFET 등 새로운 기술에 대한 갈증이 증가하고 있다. 이에 물리, 화학 등 기초과학에 해당하는 전공의 수요가 늘어나고 있다.

2. 회로 설계

 회로 설계와 관련한 전공은 제한적일 수밖에 없다. 전자공학 전공 중에서도 회로 설계를 전공하지 않으면 접근이 쉽지 않은 분야다. 디지털 회로 설계와 아날로그 회로 설계로 나뉘는데, 이에 따라 필요한 전공이 다르다.
 디지털 회로 설계는 단위 반도체 소자들을 0과 1의 논리연산이 가능하도록 배열하고, 이를 통해 논리적 결과를 얻어내는 설계를 말한다. FPGA의 보급을 통해 설계마다 칩을 제작할 필요 없이 VHDL이라 하는 코드를 합성하여 설계를 검증한다는 특징이 있으며, 이를 통해 논리에 의한 구현이 가능하다는 장점이 있다. 주로 논리회로와 디지털 회로 설계 등의 전공을 공부해야 하는데, 이러한 과목들은 제어공학, 전자공학뿐만 아니라 컴퓨터 공학에서도 다루고 있다.
 아날로그 회로 설계는 전자공학에서 아날로그 회로 설계를 배워야 한다. 다만 아날로그 설계는 소자 특성에 상당히 민감한 변화를 보이므로, 논리적으로 접근할 수 있는 디지털 회로 설계와는 달리 반도체 소자에 대한 이해 역시 필요하다. 따라서 전자회로, 반도체 소자, 아날로그 회로 설계 등의 전공을 공부하는 것이 유리하다. 추가로, 넓은 범위에서는 통신용 소자 및 통신에 들어가는 반도체 역시 아날로그에 해당하며 이들을 다루기 위해서는 전자 회로, 안테나 공학이나 무선통신 관련 전공에 대한 이해가 필요하다.

3. 반도체 설비

 반도체 설비는 기계공학을 전공하는 것이 유리하다. 공정을 진행할 때 설비가 수 나노미터 수준의 오차를 가지며 이동한다든지, 정해진 레시피를 수행하도록 수 마이크로초 이내의 오차를 가지도록 밸브를 움직인다든지 하는 제어 기술이 중요하다. 또한 많은 반도체 공정에서 전구체 물질을 사용할 때 주로 기체나 액체 상태의 유체를 사용한다. 유체의 흐름에 따라 공정이 민감하게 변화하기 때문에 이를 제어하는 것도 필수적이다. 전자의 경우 제어공학, 후자의 경우 열/유체역학을 학습하는 것이 좋다.
 이외에도 반도체 관련 설비이다 보니 기계 전공 외에도 여러 전공이 필요하다. 결국 설비도 여러 부품의 조립으로 완성되는 것이기 때문에 부품에 대한 연구도 필요하다. 이에 해당하는 전공은 금속/세라믹 재료, 광학 등이 있으며 이들은 설비가 최첨단화되면서 더욱 중요시되고 있다.