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차세대 메모리로 주목받고 있는 고대역폭메모리(HBM)에도 하이브리드 본딩 적용이 필수적이라는 전망이 나온다. 12단 이상 HBM을 제한된 패키지 높이 내 적층해야 하기 때문이다. 업계에서는 이를 위해 카파 필러 범프(구리 기둥 범프)가 필요 없는 하이브리드 본딩 도입을 준비 중이다.

강지호 SK하이닉스 웨이퍼본딩(WF) 담당(부사장)은 《디일렉》이 지난 26일 서울 역삼 포스코타워에서 개최한 '반도체 하이브리드 본딩 콘퍼런스'에서 '게임 체인저가 될 하이브리드 본딩 관련 3D 디바이스 기술 동향'을 주제로 발표했다.

강 부사장은 "현재 HBM 생산에는 실리콘관통전극(TSV) 및 매스리플로우-몰디드언더필(MR-MUF)을 적용하고 있으나 12단 이상에서는 높이 등 문제가 발생한다"라며 "(이를 해결하기 위해) HBM 12단 이상에서는 다이렉트 본딩(하이브리드 본딩)을 적용해야 한다"고 말했다. 

강 부사장이 HBM 12단 이상 제품부터 하이브리드 본딩이 필요하다고 설명한 이유는 카파 필러 범프 때문이다. 카파 필러 범프는 TSV와 HBM 칩을 연결하는 데 사용된다. HBM 고적층을 위해서는 제한된 패키지 내에서 칩 두께 가공, 카파 필러 범프 제거 등이 필요하다. 카파 필러 범프 피치는 50μm 수준이다. 향후 칩 두께 가공에 한계가 오는 시점에는 카파 필러 범프 공간이 필요 없는 하이브리드 본딩 기술이 유일한 솔루션이 될 것으로 예상된다.

강 부사장은 "(하이브리드 본딩은) 후공정에서 한 번도 하지 않았던 화학적기계연마(CMP)와 같은 공정 고도화가 없으면 해낼 수 없다"며 "또 이를 위해 전공정 수준의 프로세스 컨트롤이 필요하다"고 설명했다. 

업계에서는 하이브리드 본딩이 단순 후공정이 아니라고 평가하고 있다. CMP와 플라즈마 적용이 필요하고 클린룸 등 환경에서 공정이 진행되기 때문이다. 그렇다 보니 기존 후공정 업체들은 기술 도입이 힘든 상황이다. 현재 하이브리드 본딩 연구에 적극적인 기업은 삼성전자, TSMC, SK하이닉스, 인텔 등이다.

이외에도 HBM 고단 적층을 위해서는 다양한 어려움이 있다. 가장 대표적인 사례는 워피지(휘어짐)다. HBM 고단 적층 시 웨이퍼를 얇게 가공하기 때문에 양산 과정에서 휘어짐 등의 문제가 발생하고 있다. 또 하이브리드 본딩 공정 후 본딩 패드 정렬 계측과 계면 보이드 검출 기술 고도화도 필요하다.

디일렉=노태민 기자 [email protected]
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