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400단 쌓는 삼성·SK, 핵심 본딩 기술·특허는 中에 의존

차세대 낸드 시장에서 삼성전자·SK하이닉스의 주도권이 흔들릴 수 있다는 우려가 제기된다. 400단 이상 적층에 필요한 '하이브리드 본딩' 기술을 중국 YMTC가 선점하고 있어서다. YMTC는 관련 기술을 지속적으로 고도화해, 최근 270단대의 고적층 낸드를 상용화하기도 했다. 반면 국내 기업들은 후발주자로서 여러 내홍을 겪을 가능성이 있다. 우선 신규 기술 적용에 따른 공정전환 및 설비투자가 필요하며, 초기 도입에 따른 수율 안정화도 이뤄내야 한다. YMTC 등이 구축해 놓은 특허 역시 문제다. 실제로 삼성전자의 경우 YMTC와 하이브리드 본딩에 대한 라이센스 계약을 체결한 것으로 파악됐다. V10(10세대) 이상의 낸드부터 YMTC 특허의 영향을 피해갈 수 없게 되면서, 차세대 낸드 사업의 불확실성이 커졌다는 평가다. 24일 업계에 따르면 삼성전자, SK하이닉스 등 국내 주요 메모리 기업들은 400단 이상의 차세대 낸드에 하이브리드 본딩 기술을 적용할 계획이다. ■ 中, 매출 규모는 작지만 '하이브리드 본딩' 낸드에 선제 적용 낸드는 세대를 거듭할수록 셀(Cell; 데이터를 저장하는 단위)을 수직으로 더 높이 쌓는다. 국내 기업들은 300단대 낸드까지는 한 개의 웨이퍼에 셀을 구동하는 회로인 '페리페럴'을 두고, 그 위에 셀을 쌓는 방식을 채택해 왔다. 삼성전자는 이를 COP(셀온페리), SK하이닉스는 페리언더셀(PUC)라고 부른다. 다만 낸드가 400단 이상까지 높아지게 되면 하단부 페리에 가해지는 압력이 심해져 손상이 올 수 있다. 이에 국내 기업들은 셀과 페리를 각각 다른 웨이퍼에서 제조한 뒤, 하나로 합치는 W2W(웨이퍼-투-웨이퍼) 하이브리드 본딩을 채택하기로 했다. 이에 비해 중국 YMTC는 'Xtaking(엑스태킹)'이라는 이름으로 하이브리드 본딩 기술을 약 4년 전부터 선제적으로 양산 적용하고 있다. YMTC는 중국 최대 낸드 제조기업이다. 전 세계 낸드 시장에서 매출 기준으로 5위권 밖에 있으나, 최근 기술적으로 상당한 진보를 거뒀다는 평가를 받고 있다. 지난달 반도체 분석 전문기관 테크인사이츠가 발간한 보고서에 따르면 YMTC는 올해 초 2yy(270단대 추정) 3D TLC(트리플레벨셀) 낸드 상용화에 성공했다. 테크인사이츠는 "YMTC의 2yy 낸드는 당사가 시장에서 발견한 낸드 중 가장 높은 단수의 제품"이라며 "가장 중요한 사실은 해당 낸드가 업계 최초로 비트 밀도를 20Gb/mm2 이상으로 높였다는 것"이라고 설명했다. ■ 삼성·SK, 하이브리드 본딩 초기 도입 시 투자비용·수율 등 열세 YMTC가 이번에 적용한 엑스태킹은 4세대인 '4.x' 버전에 해당한다. YMTC는 이전부터 엑스태킹 기술을 활용해 160단, 192단, 232단 등의 제품을 양산한 바 있다. 그만큼 하이브리드 본딩에 대한 기술 안정화를 이뤄냈다는 평가가 나온다. 최정동 테크인사이츠 박사는 최근 기자와의 서면 인터뷰에서 "YMTC가 16단, 232단보다 더 많은 층을 빠른 시일 내에 구현했다는 게 놀랍다"며 "미국의 규제로 신규 장비 도입이 어려운 상황에서도 식각 및 ALD(원자층증착) 공정, 워피지(웨이퍼가 휘는 현상) 방지 공정 등에서 모두 최적화를 잘 한 것으로 보인다"고 평가했다. 이러한 측면에서, 국내 기업들은 첫 하이브리드 본딩 적용에 따른 여러 과제를 해결해야 할 것으로 관측된다. 특히 삼성전자는 이르면 올 연말부터 V10(430단대 추정) 낸드 양산을 목표로 하고 있어 보다 분주한 대응이 필요하다. 최정동 박사는 "삼성전자는 V10부터 셀을 3번 나눠 쌓는 트리플스택을 적용하고, 총 2장의 웨이퍼를 활용하는 하이브리드 본딩을 사용한다"며 "공정전환과 신규설비 투자 등 변경점이 많기 때문에 오랫동안 하이브리드 본딩을 적용해 온 YMTC 대비 제조비용이 훨씬 높을 수밖에 없다"고 설명했다. ■ 차세대 낸드부터 YMTC 특허 도입 불가피 특허 역시 진입장벽으로 거론된다. 하이브리드 본딩과 관련한 전반적인 기술 특허는 엑스페리(Xperi)와 YMTC, TSMC 3사가 대부분을 차지하고 있다. YMTC도 엑스페리로부터 하이브리드 본딩과 관련한 라이센스 계약을 체결했으며, 이후 낸드와 관련한 자체 특허를 적극 구축한 것으로 알려졌다. 삼성전자가 YMTC와 하이브리드 본딩과 관련한 라이센스 계약을 체결한 이유도 기술적으로 YMTC의 특허 회피가 어렵고, 분쟁 발생 시 최첨단 낸드 사업에 큰 타격이 발생할 수 있다는 우려에서다. 다만 삼성전자가 V10 이후 차세대 낸드부터 어떻게 기술개발 방향성을 설정할지, 또 라이센스에 필요한 비용, 엑스페리 등과의 특허 영향 등이 사업 진행의 주요 변수로 작용할 전망이다.

2025.02.24 14:04장경윤

[단독] 삼성전자, V10 낸드부터 中 YMTC 특허 쓴다

삼성전자가 V10(10세대)부터 새롭게 채용되는 첨단 패키징 기술인 '하이브리드 본딩'의 특허를 중국 낸드 제조업체 YMTC로부터 대여해 사용하기로 한 것으로 확인됐다. 삼성전자 입장에서 차세대 낸드 개발의 '핵심 난제'를 풀었지만, 향후 타사 특허 도입에 따른 수율 안정성 등 경쟁력 회복 등이 과제로 떠오른다. YMTC는 3D 낸드에 하이브리드 본딩을 처음 적용한 기업이다. 덕분에 관련 기술에서 탄탄한 특허를 구축했다는 평가를 받고 있다. 이에 삼성전자는 무리하게 특허를 회피하기 보다는, 원만한 합의로 향후 있을 리스크를 제거하는 전략을 채택한 것으로 풀이된다. 24일 지디넷코리아 취재를 종합하면 삼성전자는 최근 YMTC와 3D 낸드용 하이브리드 본딩 특허권에 대한 라이센스 계약을 맺었다. 삼성전자, V10 낸드에 하이브리드 본딩 첫 적용 V10은 삼성전자가 이르면 올 하반기 양산을 목표로 한 차세대 낸드다. 낸드는 세대를 거듭할 수록 '셀(Cell; 데이터를 저장하는 단위)'을 수직으로 더 높이 쌓는다. V10은 420~430단대로 추정된다. 삼성전자 V10 낸드에는 여러 신기술이 도입된다. 그 중에서도 W2W(웨이퍼-투-웨이퍼) 하이브리드 본딩의 중요도가 높다. W2W 하이브리드 본딩이란 웨이퍼와 웨이퍼를 직접 붙이는 패키징 기술이다. 하이브리드 본딩은 기존 칩 연결에 필요한 범프(Bump)를 생략해 전기 경로를 짧게 만들고, 이로 인해 성능과 방열 특성 등을 높일 수 있다. 특히 칩이 아닌 웨이퍼를 통째로 붙이는 W2W는 생산성 향상에도 유리하다. 기존 삼성전자는 한 개의 웨이퍼에 셀을 구동하는 회로인 '페리페럴'을 두고, 그 위에 셀을 쌓는 방식을 활용해 왔다. 이를 COP(셀온페리)라고 부른다. 다만 낸드가 400단 이상까지 높아지게 되면, 하단부 페리에 가해지는 압력이 심해져 낸드의 신뢰성이 떨어진다. 때문에 삼성전자는 V10 낸드에 셀과 페리를 각각 다른 웨이퍼에서 제조한 뒤 하나로 합치는 하이브리드 본딩을 채택하기로 했다. YMTC 등 특허 공고…회피 대신 '라이선스 계약' 다만 이러한 계획에는 기존 해외 기업들이 보유한 특허가 주요 변수로 작용해 왔다. 3D 낸드용 하이브리드 본딩 기술은 중국 최대 낸드 제조업체 YMTC가 약 4년 전부터 선제적으로 적용한 바 있다. YMTC에서는 여기에 'Xtacking(엑스태킹)'이라는 이름을 붙였다. YMTC 역시 사업 초기 미국 테크기업 엑스페리(Xperi)로부터 하이브리드 본딩과 관련한 원천 특허를 라이센스 계약을 통해 취득했었다. 이후에는 낸드용 접합과 관련한 자체 특허를 상당 부분 구축했다는 평가를 받고 있다. 이에 삼성전자는 YMTC와 하이브리드 본딩 특허와 관련한 라이선스 계약을 체결했다. 특허 회피 대신 원만한 합의로 향후 있을 리스크를 줄이고, 기술 개발 속도를 앞당기기 위한 전략으로 풀이된다. 다만 엑스페리 등 타 기업과도 특허 논의를 진행했는 지에 대한 여부는 확인되지 않았다. 사안에 정통한 복수의 관계자는 "하이브리드 본딩과 관련한 기술 특허 전반은 엑스페리와 YMTC, 대만 파운드리 TSMC 3사가 사실상 대부분을 보유하고 있다고 봐도 될 정도"라며 "삼성전자 역시 V10, V11, V12 등 차세대 낸드 개발서 YMTC의 특허를 피하는 게 사실상 불가능하다는 판단 하에 라이센스 계약을 체결한 것으로 안다"고 밝혔다. 한편 SK하이닉스도 YMTC와 특허 계약을 체결할 가능성이 점쳐진다. 앞서 김춘환 SK하이닉스 부사장은 지난해 2월 '세미콘 코리아 2024' 기조연설에서 "400단급 낸드 제품에서 하이브리드 본딩 기술로 경제성 및 양산성을 높인 차세대 플랫폼을 개발하고 있다"고 밝힌 바 있다.

2025.02.24 13:54장경윤

"습도 제어로 반도체 수율 향상"…저스템, 고객사·제품군 확대 박차

저스템이 반도체 수율 향상에 기여하는 습도 제어 시스템으로 회사 성장을 가속화한다. 현재 미국 고객사와 1세대 제품 공급을 위한 평가를 진행 중이며, 최근 출시한 2세대 제품도 국내 고객사의 첨단 메모리 전환 추세에 맞춰 공급량을 본격 확대할 계획이다. 임영진 저스템 대표는 최근 서울 강남 모처에서 기자들과 만나 회사의 올해 핵심 사업 전략에 대해 이같이 밝혔다. 습도 제어로 반도체 수율 향상…미국 고객사 확보 목전 저스템은 지난 2016년 설립된 반도체·디스플레이 장비업체다. 삼성전자, 주성엔지니어링 등에서 기술력을 쌓은 임 대표가 설립했다. 질소(N2)를 통한 공정 내 습도제어가 회사의 핵심 기술로 꼽힌다. 반도체의 주 소재인 웨이퍼는 공정 내에서 용기(풉; POUP)에 담겨 진공·대기 환경을 오간다. 그런데 대기 환경에서 습도가 너무 높을 경우, 웨이퍼에 잔존한 가스 물질이 습도와 반응해 부식 반응을 일으킬 수 있다. 이는 반도체 수율 저하로 직결된다. 때문에 선폭 20나노미터(nm) 이하의 미세 공정에서는 습도 제어의 필요성이 높아진다. 저스템은 질소를 기반으로 습도를 45%에서 5% 이하로 감소시키는 기술을 국내 최초로 개발해, 모듈 형식으로 반도체 소자업체에 공급해 왔다. 1세대 제품은 국내를 비롯해 대만, 일본, 싱가포르 등 해외 시장에도 상용화됐다. 임 대표는 "저스템의 습도 제어 시스템을 도입하면 생산성이 약 2% 정도 향상되고, 이를 금액적으로 환산하면 1기 팹에서 연간 1천억원 정도의 이득이 있다"며 "이에 주요 IDM(종합반도체기업) 3개사가 저스템 시스템을 채용 중으로, 시장 점유율은 85~90% 수준"이라고 설명했다. 미국 주요 메모리 기업과의 협업도 기대된다. 현재 해당 기업에 모듈을 공급해 퀄(품질) 테스트를 진행 중으로, 올해 상반기 양산 공급을 확정짓는 것이 목표다. 2·3세대 모듈로 성장 본격화…하이브리드 본딩 시대도 준비 나아가 저스템은 지난해 양산을 시작한 2세대 제품 'JFS'의 시장 확대를 추진 중이다. JFS는 습도를 최대 1%까지 낮출 수 있어 10나노급 반도체에 대응할 수 있다. 특히 국내 주요 고객사가 1b(5세대 10나노급) 등 최선단 D램 전환을 가속화하고 있어, 수요가 크게 늘어날 것이라는 게 저스템의 시각이다. 임 대표는 "JFS는 지난해에만 600개를 출하했고, 국내 주요 고객사 중 한 곳에도 실장됐다. 1세대가 6천개가량 도입된 걸 감안하면 2세대도 최소 그 이상의 성장 잠재력이 있다"며 "다른 한 곳도 실장 협의가 끝나 올해 상반기 중으로 본격적인 도입이 가능할 전망"이라고 밝혔다. 오는 19일부터 개최되는 '세미콘 코리아 2025'에서는 3세대 제품도 공개한다. 3세대는 이전 세대 대비 습도 제어 범위를 넓혀, 풉의 뚜껑을 열어도 웨이퍼 주변의 습도를 1%로 유지할 수 있도록 하는 것이 특징이다. 임 대표는 "3세대 제품은 내부 개발이 끝나, 일부 고객사 평가를 준비하고 있다"며 "이르면 내년 하반기나 내후년부터 본격적으로 시장에 공급될 것"이라고 강조했다. 한편 저스템은 차세대 HBM(고대역폭메모리)에 적용될 하이브리드 본딩 관련 장비도 준비하고 있다. 하이브리드 본딩은 칩과 칩을 직접 연결하는 첨단 패키징 기술이다. 저스템은 칩 간의 연결성을 높일 수 있도록, 플라즈마로 웨이퍼 표면에 미세한 굴곡을 만드는 장비를 개발하고 있다.

2025.02.17 13:51장경윤

한화정밀기계, '한화세미텍' 사명 변경...한화家 3남 김동선 합류

한화정밀기계가 '한화세미텍(Hanwha Semitech)'으로 사명을 변경하고 새 출발한다. 새 이름 그대로 명실상부 반도체 장비 전문회사로 거듭난다는 방침이다. 또한 한화 김승연 한화그룹 회장의 3남인 김동선 부사장이 미래비전 총괄로 합류해 회사를 이끌게 됐다. 한화정밀기계는 미래 비전 달성과 글로벌 경쟁력 강화를 위해 사명을 한화세미텍으로 개명한다고 10일 밝혔다. 한화세미텍은 반도체(Semiconductor)와 기술(Technology)을 한화와 결합한 합성어다. 첨단기술을 앞세워 글로벌 시장을 선도하는 '종합 반도체 제조 솔루션 기업'이 되겠다는 의지를 담았다. 한화세미텍은 40년 가까이 표면실장기술(SMT) 장비, 반도체 후공정 장비, 공작기계 등을 통해 다양한 첨단기술을 꾸준히 선보인 제조 솔루션 전문 기업이다. 이어 지난해 반도체 전공정 사업을 인수하며 '반도체 제조 솔루션' 전반으로 사업 영역을 확대했다. 한화세미텍은 지속적인 연구개발(R&D) 투자를 통해 고객에게 차별화된 솔루션을 제공한다는 계획이다. 특히 고대역폭메모리(HBM) 제조에 필수인 후공정 장비 TC본더와 차세대 반도체 패키징 기술인 하이브리드 본더 개발에 박차를 가하고 있다. 새 간판과 함께 한화가 3남인 김동선 부사장이 미래비전총괄로 합류했다. 차세대 기술 시장 개척에 공을 들이고 있는 김 부사장은 한화비전, 한화로보틱스 등에서 신사업 발굴에 주력해왔다. 김 부사장의 합류로 HBM TC본더 등 최첨단 장비 중심의 시장 확대에 속도가 붙을 것으로 전망된다. '무보수 경영' 방침을 밝힌 김 부사장은 신기술 투자에는 비용을 아끼지 않겠다는 방침이다. 김 부사장은 “앞으로 우리가 나아갈 할 방향성과 의지를 새 이름에 담았다”면서 “끊임없는 R&D 투자를 통해 이뤄낸 혁신 기술을 바탕으로 반도체 제조 시장의 판도를 바꿔놓을 것”이라고 말했다.

2025.02.10 08:41장경윤

한미반도체 "HBM TC본더 3분기 납품 본격화…올 매출 6500억원 전망"

한미반도체는 2024년도 2분기 연결기준 매출 1천234억원, 영업이익 554억원을 기록했다고 26일 밝혔다. 한미반도체가 고객사로부터 수주 받은 HBM(고대역폭메모리)용 TC본더는 올해 3분기부터 본격적인 납품이 시작된다. 이에 회사는 올해 매출 목표를 6천500억원 수준으로 전망하고 있으며, 생산능력 확대를 위해 이달 연면적 1만 평의 공장 설립 부지를 확보했다. 해당 부지에서 내년 말 신규 공장증설이 완공되면, 2026년 매출 목표인 2조원 달성을 실현하는 데 한층 가까워질 것으로 회사는 기대하고 있다. 곽동신 한미반도체 대표이사 부회장은 “인공지능 반도체 수요 폭발로 HBM 시장이 가파르게 커지면서 세계 시장 점유율 1위인 한미반도체 HBM용 '듀얼 TC본더'와 'HBM 6 SIDE 인스펙션'의 수주 증가, 그리고 기존 주력 장비인 '마이크로쏘 & 비전플레이스먼트'의 판매 호조가 더해져 실적을 계속 증가하고 있다”고 말했다. 한편 한미반도체는 2024년 하반기에 '2.5D 빅다이 TC본더'를 출시하고, 2025년 하반기에는 '마일드 하이브리드 본더, 2026년 하반기에는 '하이브리드 본더를 선보일 예정이다. 매출 목표는 2024년 6천500억원, 2025년 1조2천000억 원, 2026년 2조원 수준이다.

2024.07.26 10:33장경윤

SK하이닉스 "HBM3E 12단 공급량, 내년 상반기 8단 앞지를 것"

SK하이닉스가 HBM3E 12단 제품의 출하량이 내년 상반기부터 8단 제품을 앞지를 것으로 내다봤다. SK하이닉스는 25일 2024년 2분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 HBM3E(5세대 HBM) 시장 전망에 대해 이같이 밝혔다. HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층한 차세대 메모리다. 올해부터 5세대 제품인 HBM3E의 양산이 시작되며, 8단과 12단 적층 제품이 순차적으로 상용화될 예정이다. SK하이닉스는 지난 3월부터 HBM3E 8단 제품을 주요 고객사에 공급하기 시작했다. 12단 제품은 지난 5월 고객사에 샘플을 전달한 상태다. SK하이닉스는 "12단 제품은 이번 분기부터 양산을 시작해, 4분기에는 고객사에 공급할 것"이라며 "12단 수요는 내년부터 본격적으로 늘어나, 내년 상반기 12단 공급량이 8단을 넘어설 것으로 전망된다"고 밝혔다. 차세대 제품인 HBM4에 대한 전망도 제시했다. SK하이닉스는 "HBM4는 내년 하반기 어드밴스드 MR-MUF를 적용한 12단 제품부터 출하할 것"이라며 "16단은 2026년 수요가 발생할 것으로 예상돼, 이에 맞춰 기술을 개발하고 있다"고 설명했다. MR-MUF는 HBM 전체에 열을 가해 납땜을 진행하고, 칩 사이에 액체 형태의 보호재를 넣어 공백을 채우는 공정이다. MR-MUF는 칩이 휘어지는 워피지 현상이 발생할 수 있으나, SK하이닉스는 이를 칩 제어 기술과 신규 보호재 적용으로 신뢰성을 높인 어드밴스드 MR-MUF 기술로 대응하고 있다.

2024.07.25 10:35장경윤

머크, 유니티SC 인수 추진…"AI 반도체 제품군 강화"

글로벌 과학기술 기업 머크가 유니티SC(Unity-SC)를 인수할 예정이라고 23일 밝혔다. 프랑스에 본사를 둔 유니티SC는 반도체 업계를 위한 계측 및 결함 검사 장비 공급업체다. 인수 금액은 1억5천500만 유로다. 향후 성과에 따라 지급액이 추가될 수 있다. 머크와 유니티SC의 기술 결합으로 글로벌 반도체 디바이스 제조를 위한 고부가가치 솔루션의 탄생이 예상된다. 인공지능(AI), 고성능 컴퓨팅(HPC), 고대역폭메모리(HBM)와 화합물 반도체의 안정성, 품질 및 비용을 개선하고 제조수율을 높이기 위해서는 계측 및 검사 솔루션이 필요하다. 계측학은 물리적 특성을 정확히 파악하기 위해 필요한 요소를 정밀하게 측정하는 과학 분야다. 계측 및 검사 솔루션은 반도체 제조의 핵심 단계며, 특히 이종 3D 최첨단 패키징 디바이스의 제조에서 매우 중요하다. 프랑스 그르노블의 몽보노 생마르탱에 본사를 둔 유니티SC는 총 직원 수는 160명으로, 그 중 70명이 연구개발직이다. 벨렌 가리호 머크 이사회 회장 겸 머크 CEO는 “유니티SC 는 차세대 반도체를 개발하는 고객을 위한 통합적 솔루션 공급업체"라며 "이번 인수를 통해 머크는 반도체 산업에서 과학 및 기술 기반 포트폴리오를 보완하고, 향후 인공지능으로 창출된 성장 기회를 활용하는 능력을 강화할 것”이라고 설명했다. 카이 베크만 머크 이사회 멤버 겸 머크 일렉트로닉스 CEO는 “제조도구 설계 및 계측이 생명과학 산업을 견인했던 것처럼, 머크에서는 3D 계측 도구가 반도체 소재 산업을 이끌 것으로 기대하고 있다"며 "우리 고객이 첨단 노드와 이종집적이라는 양쪽 기술을 통해 무어의 법칙이 계속 가능하도록 지원이 가능해질 것”이라고 강조했다. 인공지능 산업 부흥에 따라 급증하는 데이터량에 대응하기 위해, 미래의 반도체는 더 빠르고 강력하며 에너지 효율적이어야 한다. 인공지능에는 더 높은 트랜지스터 및 배선 밀도와 지연시간 단축이 요구되기에 전례없는 수준의 소재 및 아키텍처 혁신이 필요하다. 유니티SC는 첨단 패키징, 이종집적, 하이브리드 본딩, 화합물 반도체 애플리케이션 분야의 혁신기업이며, 배선 검사와 대량제조에 대한 계측을 위한 3D 광학 계측 솔루션을 제공할 수 있는 몇 안 되는 기업 중 하나다. 실제로, 대량제조 시 수율을 개선하려면 칩렛과 디바이스 등 각각의 요소에 대해 빠른 속도로 측정 및 검사가 가능해야 한다. 현재 예정되어 있는 유니티SC의 인수를 위해서는 프랑스에 위치한 작업장 평의회의 회의 및 자문이 필요하며, 규제당국의 승인 및 인수 종결 조건의 문제가 아직 남아 있다. 관련 요건을 충족할 때 올해 말까지 인수 계약이 완료될 것으로 예상된다.

2024.07.23 08:51장경윤

SK하이닉스, "16단 HBM4도 MR-MUF 유지할 것"

SK하이닉스가 차세대 HBM(고대역폭메모리)에도 첨단 패키징 기술인 MR-MUF(매스 리플로우-몰디드 언더필)를 고수할 예정이다. 대안격으로 떠올랐던 하이브리드 본딩 기술은 HBM의 표준 완화에 따라 도입 속도가 늦춰질 것으로 내다봤다. SK하이닉스는 25일 2024년 1분기 실적발표 컨퍼런스콜에서 "차세대 HBM 패키징의 높이 기준이 완화되면 하이브리드 본딩 적용 시점이 다소 늦어질 것으로 예상된다"고 밝혔다. 회사는 이어 "하이브리드 본딩 초기 도입 시점에는 생산성과 품질 리스크가 존재할 가능성이 있다"며 "기술 성숙도를 높인 뒤 적용하는 것이 원가 및 경쟁력 측면에서 유리할 것"이라고 덧붙였다. HBM은 여러 개의 D램을 수직으로 적층한 뒤, TSV(실리콘관통전극)을 통해 연결한 차세대 메모리다. HBM3E(5세대 HBM)까지 상용화가 완료됐다. 적층된 D램 개수는 현재 8단이 최대이며, 12단 HBM3E에 대한 고객사 검증이 진행되고 있다. 오는 2026년 상용화 예정인 HBM4(6세대 HBM)는 12단, 16단 적층 제품으로 개발이 진행 중이다. 그간 업계가 주목해 온 HBM4의 최대 화두는 '패키징' 기술이다. 삼성전자·SK하이닉스는 적층된 각 D램을 작은 돌기 형태의 마이크로 범프를 통해 전기적으로 연결하는 TC(열압착) 본딩 기술을 HBM3E 제품까지 적용해 왔다. 기업별로 세부적인 본딩 방식은 다르지만(삼성전자: NCF, SK하이닉스: MR-MUF), 범프를 사용한다는 점은 동일하다. 그러나 HBM4에서는 TC 본딩의 유지가 불가능할 것이라는 의견이 제기된 바 있다. 12단 적층까지는 국제반도체표준화기구(제덱, JEDEC)가 정한 HBM의 높이 표준인 720마이크로미터(μm)로 구현할 수 있으나, 16단 적층은 패키징이 너무 두꺼워져 표준을 충족하기가 매우 어렵다. 때문에 메모리 기업들은 기존 TC 본딩과 더불어 하이브리드 본딩 기술을 병행 개발해 왔다. 하이브리드 본딩은 칩과 웨이퍼의 구리 배선을 직접 붙이는 기술로, 범프를 쓰지 않아 패키지 두께를 줄이는 데 훨씬 용이하다. 다만 하이브리드 본딩은 관련 소재·장비 기술력이 안정화되지 않아 아직 상용화 단계에 이르지 못하고 있다. 또한 하이브리드 본딩 도입 시 막대한 설비투자를 진행해야 하고, 초기 수율 안정화에도 상당한 비용이 든다는 문제점이 있다. 이러한 기업들의 고민은 최근 제덱 회원사들이 HBM4의 패키징 두께를 기존보다 높은 775마이크로미터로 합의하면서 상당 부분 해소됐다. 775마이크로미터가 표준으로 제정되면, 기존 TC 본딩으로도 16단 제품을 충분히 구현할 수 있다는 게 업계의 지배적인 시각이다. SK하이닉스 역시 이날 컨퍼런스콜에서 "경쟁력이 입증된 어드밴스드 MR-MUF 공정을 16단 HBM에도 적용할 예정"이라며 "생산 효율성이 높고 경쟁력 있는 제품 공급을 지속해 나갈 수 있을 것"이라고 강조했다. MR-MUF는 HBM 전체에 열을 가해 납땜을 진행하고, 칩 사이에 액체 형태의 보호재를 넣어 공백을 채우는 공정이다. MR-MUF는 칩이 휘어지는 워피지 현상이 발생할 수 있으나, SK하이닉스는 이를 칩 제어 기술과 신규 보호재 적용으로 신뢰성을 높인 어드밴스드 MR-MUF 기술로 대응하고 있다.

2024.04.25 11:52장경윤

SKH가 게임 체인저로 꼽은 '이 기술' …3D D램·400단 낸드서 쓴다

"미래 메모리 산업에서 하이브리드 본딩은 '게임 체인저'로 급부상하고 있다. 3D D램은 물론, 400단급 낸드에서도 하이브리드 본딩 기술을 채택해 양산성을 높이는 차세대 플랫폼을 개발하고 있다." 3일 김춘환 SK하이닉스 부사장은 서울 코엑스에서 열린 '세미콘 코리아 2024' 기조연설에서 차세대 메모리 기술 개발 방향에 대해 이같이 밝혔다. 이날 김 부사장은 '메모리 디바이스의 집적 한계를 극복하기 위한 기술 변화 트렌드(Changes in Technology Trend to Overcome the Integration Limit of Memory Devices)'를 주제로 차세대 D램, 낸드 개발의 주요 과제를 소개했다. 먼저 D램은 선폭이 10나노미터(nm) 이하까지 미세화되면서, 기술적 변혁이 요구되고 있다 대표적으로 트랜지스터 내 핵심 요소인 게이트를 수직으로 세우는 버티컬(Vertical) 게이트, D램 내 트랜지스터와 커패시터를 수직으로 적층하는 3D D램이 가장 유망한 차세대 플랫폼으로 지목된다. 김 부사장은 "각 메모리 업체들의 차세대 플랫폼 개발 전략에 따라 향후 D램 시장의 판세가 바뀌게 될 것"이라며 "이외에도 High-NA EUV, 저항성을 낮춘 신물질 도입 등의 기술적 과제가 남아있다"고 밝혔다. 낸드에서도 더 높은 단수를 적층하기 위한 신기술이 활발히 연구되고 있다. 현재 SK하이닉스는 낸드 게이트의 물질인 텅스텐을 몰리브덴으로 대체하는 방안, 고종횡비(HARC) 식각의 높은 비용 부담을 줄이기 위해 일부 공정을 통합(Merged) 진행하는 방안 등을 개발하고 있다. 특히 김 부사장은 차세대 D램 및 HBM(고대역폭메모리), 낸드 제조의 핵심 기술로 하이브리드 본딩을 꼽았다. 하이브리드 본딩은 기존 칩 연결에 활용되던 범프를 쓰지 않고, 칩과 웨이퍼의 구리 배선을 직접 붙이는 기술이다. 패키지 두께를 최소화하는 데 유리하다. 김 부사장은 "차세대 HBM과 D램, 낸드 분야에서 하이브리드 본딩이 게임 체인저로 급부상하고 있다"며 "3D D램에서도 하이브리드 본딩을 접목하는 연구개발이 진행되고 있고, 특히 낸드에서도 400단급 제품에서 하이브리드 본딩 기술로 경제성 및 양산성을 높인 차세대 플랫폼을 개발하고 있다"고 밝혔다.

2024.01.31 11:40장경윤

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