SK하이닉스가 업계 최고 성능 D램인 고대역폭메모리(HBM) 혁신에 나선다. HBM 제품에 이종 접합 기술과 재료 기술을 결합한다. 2025년까지 이 기술을 이용해 HBM 최신 제품을 개발한다.

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<문기일 SK하이닉스 PKG기술개발담당 부사장이 메모리에서의 이종결합 애플리케이션과 미래 가치에 대해 발표하고 있다.>

문기일 SK하이닉스 부사장은 '반도체 패키징데이 2022'에서 HBM3 메모리 반도체 이종 결합 시대에 가야할 방향을 제시하며 칩과 기판을 접합하는 '매스 리플로우'와 칩을 연결할 때 사용하는 '몰디드 언더필' 재료 기술을 제시했다. 4세대 HBM3를 뛰어넘을 업계 최고 성능의 고대역 메모리로 반도체 수요에 대응할 계획이다.

문 부사장은 “HBM3 4세대 24기가바이트(GB)는 기존 메모리 대비 대역폭을 1300% 향상시키고 전력 효율을 60% 개선했으며, 용량을 50% 올렸다”고 설명했다. 24GB HBM3는 이르면 연말 엔비디아에 공급될 예정이다.

SK하이닉스는 HBM3 성능을 끌어올리기 위해 '매스 리플로우'와 '몰디드 언더필' 기술을 사용했다. 매스 리플로우는 공기를 가열해 칩과 기판을 접합하는 방식이다. 공기를 가열한 후 찌듯이 접합한다. 그러나 매스 리폴로우 방식은 칩과 기판에 열이 가해져 불필요한 휘어짐이 발생한다. 문 부사장은 “SK하이닉스는 기판과 칩을 연결할 때 필름을 대신해 몰디드 언더필 재료 기술을 적용하고 있다”고 말했다. 몰디드 언더필 재료에는 SK하이닉스가 개발한 방열 소재가 적용됐다. 해당 소재를 이용해 HBM3 열 안정성을 강화하면서 제품의 신뢰성을 높였다.

SK하이닉스는 HBM3에 D램 사이즈도 얇고, 가볍게 구현했다. D램을 30마이크로(㎛) 수준으로 갈아내면서 칩을 위로 수직 연결했다. 16GB HBM3는 30㎛ D램 칩을 수직 적층하는 실리콘 관통 전극(TSV) 기반으로 8개까지 쌓아 올렸다. 24GB 제품은 12개 칩을 수직 적층할 수 있을 것으로 보인다. 문 부사장은 “반도체칩을 융합해 반도체 면적, 두께, 공간 효율을 개선할 수 있다”며 “원가 절감 효과를 가져 올수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.

SK하이닉스는 새로운 패키징 기술인 하이브리드 본딩 기술도 개발하고 있다. 하이브리드 본딩은 칩과 웨이퍼를 솔더볼 없이 직접 연결한다. 솔더볼 없애면서 칩과 기판을 더 많이 연결할 수 있도록 했다. 하이브리드 본딩은 시스템 성능을 향상시키고 전력 효율을 높일 수 있다. 미래 패키징 핵심 기술로 부상했다.

문 부사장은 반도체 업계의 후공정 기술 혁신 필요성도 강조했다. 문 부사장은 “인텔, TSMC, ASE가 반도체 후공정 투자 1, 2, 3위 기업”이라며 “인텔 TSMC는 패키징 통해 회사 근간을 공고히 할려는 목적”이라고 강조했다. SK하이닉스는 메모리 반도체 기술 발전을 위해 산업계, 학계, 연구계과 공동 기술 개발을 강화할 계획이다. 또 소재·부품·장비(소부장) 업계와 협력해 새로운 기술도 개발한다. 저온 유기, 무기 절연막 소재 개발에 나설 예정이다.


문 부사장은 “SK하이닉스는 정부, 기관과 반도체 패키징 분야 연구 과제 발굴하고 학교와는 인력을 양성할 계획”이라며 “반도체 후공정 분야에서 인력 양성에 기여하고자 한다”고 말했다.

김지웅기자 jw0316@etnews.com