관련 통계자료 다운로드 이미지 센서 기술의 발전도 최근 모바일 기기나 디지털카메라 등 전자기기에서 카메라의 중요성이 커지는 가운데 상보성금속산화(CMOS) 이미지센서(CIS)가 미래 반도체 기술을 주도할 것이라는 관측이 제기됐다.
15일 외신 및 업계에 따르면 CIS가 반도체 산업에서 공정 기술을 선도할 미래 먹거리라는 관측이 제기되고 있다. 스마트폰에서부터 태블릿PC, 의료용 기기, 자동차 등 다양한 산업군에서 CIS의 수요가 급증하고 있기 때문이다. 시장조사업체 욜디벨롭먼트는 최근 CIS에서 ‘무어의 법칙(Moore’s Law)‘을 넘어서는 기술적 진보가 이뤄지고 있다고 평가했다.
지금까지 반도체 공정은 D램, 낸드플래시 등 메모리나 모바일 애플리케이션프로세서(AP), 중앙처리장치(CPU) 같은 프로세서를 중심으로 발전해왔다. 메모리는 선폭을 줄이고 3차원(3D) 적층 기술 등을 응용해 집적도를 높이는 등 크기는 줄이되 저장용량은 늘리는 방향으로 기술이 개선됐다. 프로세서도 10나노대 핀펫(FinFET) 등 미세선폭과 구조 변형 등으로 성능을 대폭 끌어올렸다.
이미지센서는 렌즈를 통해 들어온 빛을 전기적 신호로 바꾼다. 지난 2000년대 디지털카메라와 함께 전하결합소자(CCD)센서 시장이 열린 뒤 모바일 시대 개화로 CIS가 쓰이기 시작했다.
일반 반도체 공정인 CMOS를 활용해 저전력 특성과 가격 효율성을 확보할 수 있고 주변 회로와 단일 칩으로 구현되기 때문에 소형화에도 유리하다. CCD센서보다 취약한 것으로 알려진 노이즈도 줄이는 등 성능도 개선돼 디지털카메라나 CCTV 등에도 적용되기 시작했다. 아직 일부 고급 카메라에서 CCD센서가 주로 쓰이지만 CIS의 성능이 CCD센서를 따라잡았다는 평가다.
이후 모바일 시장에서의 수요 증가로 CIS는 소형화와 화질 개선을 동시에 해야 하는 문제에 직면했다. 칩 크기와 화질은 비례한다. 이에 2000년대 중반부터 CIS의 픽셀 어레이 층과 디지털 프로세싱 층을 별도로 만들어 3D 실리콘관통전극(TSV) 기술을 써 구리로 연결하는 방안이 대두됐다.
업계에 따르면 현재 세계에서 생산되는 CIS 중 30% 정도가 TSV 기술을 응용한다. 프리미엄급 전자기기에 쓰이는 후면조사형(BSI) CIS가 대부분이다. 현재 고성능 메모리 등 고부가 반도체에 적용되는 3D TSV 기술이 CIS에 선제 적용된 셈이다.
이어 최근에는 새로운 본딩 기술인 ‘하이브리드 본딩’까지 등장했다. 기존 본딩 공정을 한층 개선해 3D TSV를 적용했을 때보다 성능을 높이고 칩 크기를 줄일 수 있게 했다. 제작시 3D 적층부분과 하단 부분을 실리콘옥사이드와 구리를 모두 활용해 본딩 연결하는 식으로, 본딩의 정확도가 관건이다.
현재 CIS 시장의 선두주자는 일본 소니로, 1300만화소 이상 프리미엄급 CIS에서 우위를 확보했다. 소니는 90나노와 65나노 공정을 모두 활용, 세계 최초로 3D TSV CIS를 상용화했다. 회사는 3D CIS 생산능력을 확장하기 위해 올해 약 1조원을 투자할 계획이라고 최근 밝혔다. 투자가 끝나면 월생산량은 12인치 웨이퍼 기준 월 8만장이다.
삼성전자도 시장 선두업체 중 하나다. 시장조사업체 테크노시스템리서치(TSR)에 따르면 지난해 삼성전자는 세계 CIS시장에서 2위를 차지했다. 지난 2013년 센서 구조를 변형한 독자 기술‘아이소셀(ISOCELL)’을 선보이며 점유율 확대를 위해 노력 중이다.
시장조사업체 욜디벨롭먼트에 따르면 CIS시장은 올해 10억달러(1조967억원)에 이르고 오는 2020년 16억달러(1조7547억원)를 돌파할 것으로 전망된다.
김주연기자 pillar@etnews.com
