한국공학대학교는 차세대 반도체 패키징 핵심 기술인 '구리-구리 직접 접합'의 성능과 신뢰성을 높일 수 있는 연구 성과를 냈다고 18일 밝혔다.
정현학 반도체공학부 교수 연구팀이 수행한 이번 연구는 구리-구리 직접 접합의 기술적 한계를 개선하는 데 초점을 맞췄다.
구리-구리 직접 접합은 여러 반도체 칩을 수직으로 쌓아 연결하는 차세대 패키징 기술이다. 전기 신호 전달 속도를 높이고 반도체 소자의 소형화·고효율화를 가능하게 하는 방식으로 꼽히지만, 구리가 쉽게 산화되고 안정적인 접합을 위해 높은 온도와 압력이 필요하다는 한계가 있다.
정 교수 연구팀은 이를 개선하기 위해 두 구리 면 사이에 매우 얇은 은(Ag)층을 삽입한 뒤, 은의 결정 방향에 따라 접합 성능이 어떻게 달라지는지를 원자 수준 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했다.
분석 결과 은의 결정 방향에 따라 구리와 은이 섞이는 정도가 달랐고, 이 차이가 접합부 강도에도 영향을 미치는 것으로 확인됐다. 구리와 은이 적게 섞인 구조는 양쪽에서 잡아당기는 힘에 더 강한 특성을 보였고, 두 금속이 많이 섞인 구조는 옆으로 미끄러지는 힘을 더 잘 견뎠다.
연구팀은 반도체 패키지에 가해지는 힘의 특성에 맞춰 접합 구조를 설계하면 구리-구리 직접 접합의 안정성과 신뢰성을 높이는 데 활용할 수 있을 것으로 봤다.
이번 연구는 올해 한국공학대 반도체공학부를 졸업한 송민종 씨가 제1저자로 참여했으며, 연구 결과는 지난 7월 재료 표면·계면 분야 SCIE급 국제학술지 'Applied Surface Science' Q1에 온라인 게재됐다.
정현학 교수는 “이번 연구는 은 삽입층의 결정 방향에 따라 구리-구리 접합부의 기계적 특성이 달라지는 원리를 규명했다는 데 의미가 있다”며 “향후 차세대 반도체 패키징의 접합 신뢰성을 높이는 기술 개발에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
시흥=김동성 기자 estar@etnews.com
