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Nikkei Electronics_22.12 Hot News (p26-27)

일본 반도체 재료업체 12개사 협력
첨단용 재료의 개발 기간을 대폭 단축, 3차원 패키지 개발 가속에 기여

일본의 반도체 재료 업체 등 12개사가 첨단 반도체 패키지 재료 개발을 신속화하는 공동연구를 22년도 내에 본격화한다. 반도체를 고성능화하는 ‘3차원 구현’ 등의 기술이 진화하면서 제조 프로세스가 복잡화되는 가운데, 반도체 업체의 재작업 요청를 줄임으로써 개발 기간을 단축하고, 반도체 업체에 대한 제안력도 높인다.

재료 대기업 Showa Denko Materials(이하, 쇼와덴코)가 주도하는 컨소시엄 ‘JOINT2’에는 재료업체나 장치업체 등 12개 업체가 참가해, 반도체 후공정에서 사용하는 차세대 패키지 재료를 공동으로 개발/평가하고 있다. 공급업체 간의 기술 공유를 통해 제조 프로세스를 구축함으로써 고객이 요구하는 재료를 신속하게 제공하는 것이 목적이다. 

최근에는 대만 TSMC나 미국 인텔과 같은 대형 반도체 업체가 3차원 구현 기술의 개발에 주력하고 있다. 하지만 기술적으로 많이 복잡하기 때문에 개발과 평가가 장기화되는 것이 과제다.

하나의 재료 업체가 단독으로 재료를 개발해도 ‘다른 재료와의 궁합이 나쁘다’ ‘디바이스의 제조 프로세스에 적용할 수 없다’는 이유로 반도체 업체로부터 재작업 요구를 받는 경우가 적지 않다. 이번에 관련된 복수의 재료 공급업체가 협력해 제품이나 프로세스를 만듦으로써 “재작업을 줄일 수 있어 개발 및 평가를 신속화할 수 있다”(쇼와덴코의 아베(阿部) 이사).

실제로 시작(試作)한 재료의 물성 평가에 걸리는 기간을 반감할 수 있었고, 본격 가동에 따라 향후에는 더욱 단축할 수 있을 전망이다. 재작업이 줄고 비용 삭감이 가능해지면서 반도체 업체에 대한 제안력도 강해져 참가 공급업체의 지위 향상이나 경쟁력으로 이어질 것으로 보인다.

거점이 되는 쇼와덴코의 패키지솔루션센터(가와사키시)에서는 현재, 신설한 클린 룸에 제조 장치를 설치했고, 23년 3월까지는 본격 가동을 시작할 예정이다. 기능성 재료를 시작해 전기적/물성적인 해석 평가, 열에 의한 휨 시뮬레이션, 미세 구조의 검증, 오류 해석 등을 진행한다.

최첨단 패키지 연구기관으로서는 투자액이나 기술자 수, 클린 룸의 면적에서 세계 최대 규모라고 한다. 고객이 직접 찾아가 개발 상황을 확인하거나 복수의 공급업체와 함께 논의할 수 있다.

-- '미세화'에 성과, 고성능으로 --
최첨단 패키지의 실현에는 공통된 기술 과제가 있고, JOINT2에서는 이들의 개발과 평가를 진행하고 있다. 예를 들어 반도체의 고집적화에 맞춰 칩에 전기신호를 보내는 전극의 밀도를 높이거나, 서로 다른 복수의 칩을 구현할 수 있는 큰 기판을 개발할 필요가 있다. 22년 6월에는 '범프(돌기 모양의 접속 전극)의 미세화', '배선의 미세화', '패키지 기판의 대면적화'와 같은 성과를 공표했다.

범프의 접합 기술에서는 여러 장의 반도체 칩을 얹는 인터포저와 패키지 기판을 전기적으로 접속하는 범프의 직경을 10µm(마이크로미터)까지 미세화했다. 피치 폭이 20µm 정도의 미세한 전극을 접속할 수 있어, 현행 반도체 패키지의 4배의 신호를 전송할 수 있다는 것을 검증했다.

배선의 미세화에서는 수지제 인터포저 위에 폭 1.5µm의 미세한 구리 배선을 제작했다. 실리콘 인터포저를 사용하는 현재의 기술과 비교해 저렴하면서도 동등 이상의 성능을 낼 수 있다는 것을 검증할 수 있었다고 한다. 복수의 반도체나 부재를 얹을 수 있도록 면적을 3배로 확대한 기판도 제작/검증했다.

-- 기술의 조합이 관건 --
JOINT2에서는 같은 분야에서 경쟁하는 업체끼리 서로 협력해 개발/평가에 대응하고 있는 것도 특징이다. 쇼와덴코 이외의 재료 업체는 도쿄오카공업이나 다이닛폰인쇄, 아지노모토파인테크노 등이 이름을 올렸다. 최첨단 패키지에서는 후공정의 복잡화에 더해 관련 재료 수도 증가하므로 재료나 장치, 기판 등 일본이 강한 기술들의 조합이 보다 중요해지기 때문이다.

JOINT2에서의 기술 성과는 가능한 한 개발한 기업에 귀속시켜, 각 회사의 사업화에 제약이 되지 않도록 배려한다. 앞으로는 관련 재료의 특허망을 구축할 계획이다.

앞으로 AI(인공지능)나 고성능컴퓨팅(HPC)용으로 최첨단 패키지에 대한 니즈가 높아지는 가운데, 지금까지 이상의 개발/평가 속도가 요구된다. ‘좁은 업계 내에서 서로 대립하는 것보다 연계를 통해 개발을 신속화하는 것이 중요하다’는 게 속내다.

일본 업체들의 반도체 재료의 세계 시장 점유율은 56%로 세계에서도 높은 경쟁력을 자랑한다. 오랜 세월에 걸친 지식이나 노하우의 축적이 중요한 세계로 진입 장벽도 높다. 한편, 고객인 일본계 반도체 업체의 경쟁력이 서서히 떨어지면서 기술적인 피드백을 얻기 어려워지고 있다는 과제도 있다.

일본에 공급업체의 공동개발 체제를 구축함으로써 대형 반도체 업체를 일본에 유치하는 마중물이 될 것으로 보인다. 실제로 TSMC가 이바라키현 쓰쿠바시에 개설한 ‘TSMC 재팬 3DIC 연구개발센터’에는 쇼와덴코를 비롯해 JOINT2에 참가하는 많은 공급업체들이 부재나 장치를 납품하고 있다.

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