일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.9.20

반도체 재료 업체 등 12개사 협력
첨단반도체용 재료 개발 기간을 대폭 단축

일본 반도체 재료 업체 등 12개사가 첨단반도체 패키지 재료 개발을 신속화하는 공동연구를 2022년도에 본격화한다. 반도체를 고성능화하는 ‘3차원 실장’ 등의 기술 진화로 제조 프로세스가 복잡해지는 가운데, 반도체 업체에서 들어오는 재작업 요구가 감소함으로써 개발 기간이 단축되고, 반도체 업체에 대한 제안력도 높인다.

대형 재료 기업인 쇼와 덴코 머티리얼즈(Showa Denko Materials)가 주도하는 컨소시엄 ‘JOINT2’에는 재료 업체나 장치 업체 등 12사가 참가해, 반도체 후공정에서 사용하는 차세대 패키지 재료를 공동으로 개발/평가하고 있다. 공급업체들이각자의 기술을 가져와 제조 프로세스를 구축함으로써 고객이 요구하는 재료를 신속하게 제공하는 것이 목적이다. 

최근에는 대만의 TSMC나 미국 인텔과 같은 대형 반도체 업체가 3차원 실장 기술의 개발에 주력하고 있지만, 기술적인 복잡도가 높아져 개발이나 평가가 장기화되는 것이 과제가 되고 있다.

재료 업체가 단독으로 재료를 개발해도 “다른 재료와의 궁합이 나쁘다” “디바이스의 제조 프로세스에 적용할 수 없다” 등의 이유로 반도체 업체로부터 재작업을 요구하는 일이 적지 않다. 이번에 여러 재료공급 업체가 제휴해 제품이나 프로세스를 만듦으로써 “재작업을 줄여 개발/평가를 신속화할 수 있다”(쇼와 덴코 머티리얼즈의 아베(阿部) 이사).

실제로 시작(試作)한 재료의 물성 평가에 걸리는 기간은 절반으로 줄었으며, 본격 가동을 통해 앞으로는 더욱 단축될 전망이다. 재작업이 줄어들면서 비용 삭감이 가능해지고, 반도체 업체에 대한 제안력도 강해지므로 참가 공급업체의 지위 향상이나 경쟁력으로 이어질 것으로 보인다.

거점이 되는 쇼와 덴코 머티리얼즈의 패키지솔루션센터(가와사키시)에서는 현재 신설한 클린룸에 제조 장치를 들여왔고, 23년 3월까지는 본격 가동을 시작할 예정이다. 기능성 재료를 시작해 전기적/물성적인 해석 평가, 열에 의한 휨 정도의 시뮬레이션, 미세 구조의 검증, 오류 해석 등을 진행한다.

“최첨단 패키지의 연구기관으로서 투자액이나 기술자 수, 클린룸의 면적에서 세계 최대 규모가 된다”(아베 이사). 하네다공항에서 접근하기도 좋아 고객이 직접 찾아가 개발 모습을 확인하거나 여러 공급업체와 함께 논의할 수 있다.

-- 전극이나 배선의 '미세화'에 성과, 보다 고성능으로 --
최첨단 패키지의 실현에는 공통된 기술 과제가 있다. JOINT2에서는 이러한 개발과 평가를 진행하고 있다. 예를 들어 반도체의 고집적화에 맞춰 칩에 전기 신호를 보내는 전극의 밀도를 높이거나, 서로 다른 복수의 칩을 실장할 수 있는 큰 기판을 개발할 필요가 있다. 2022년 6월에는 '범프(돌기 모양의 접속 전극)의 미세화', '배선의 미세화', '패키지 기판의 대면적화'라는 성과를 공표했다.

범프 접합 기술에서는 여러 장의 반도체 칩을 얹는 인터포저와 패키지 기판을 전기적으로 연결하는 범프의 직경을 10µm(마이크로미터)까지 미세화했다. 피치 폭이 20µm 정도인 미세한 전극을 연결할 수 있고, 현행 반도체 패키지의 4배 신호를 전송할 수 있음을 검증했다.

배선의 미세화에서는 수지제 인터포저 위에 폭 1.5µm의 미세한 구리 배선을 제작했다. 실리콘 인터포저를 사용하는 현재의 기술과 비교해 저가에 동등 이상의 성능을 낼 수 있음을 검증할 수 있었다고 한다. 복수의 반도체나 부재를 실을 수 있도록 면적을 3배로 확대한 기판도 제작/검증했다. 앞으로도 계속 미세화를 추진해 나갈 계획이라고 한다.

-- 경쟁사와도 협력, 기술의 조합이 열쇠 --
JOINT2에서는 같은 분야에서 경합하는 업체끼리 제휴해 개발/평가를 진행하는 것도 특징이다. 쇼와 덴코 머티리얼즈 이외의 재료 업체로는, 도쿄오카공업(TOK)이나 다이닛폰인쇄, 아지노모토 파인 테크노 등이 이름을 올린다. 최첨단 패키지에서는 후공정의 복잡화에 더해 관련 재료 수도 늘어나므로 재료나 장치, 기판과 같은 일본이 강점을 갖는 기술의 조합이 보다 중요하기 때문이다.

JOINT2에서의 기술 성과는 가능한 개발한 기업에 귀속시켜, 각 회사에서의 사업화에 제약이 되지 않도록 배려한다. 앞으로는 관련 재료의 특허망을 구축하는 계획도 있다고 한다.

앞으로 AI(인공지능)나 고성능컴퓨팅(HPC) 전용으로 최첨단 패키지의 요구가 높아지면서 지금 이상의 개발/평가 속도가 요구되게 된다. ‘좁은 업계에서 서로 대립하는 것보다 서로 협력해 개발을 신속화하는 것이 중요하다’는 게 속내다.

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

일본에 공급 업체 공동개발 체제를 마련함으로써 대형 반도체 업체를 일본에 유치하는 마중물이 될 것으로 보인다. 실제로 TSMC가 이바라키현 쓰쿠바시에 개설한 'TSMC 재팬 3DIC 연구개발센터'에는 쇼와 덴코 머티리얼즈를 비롯해 JOINT2에 참가하는 많은 공급업체가 부재나 장치를 납품하고 있다. 일본에 연구개발 기반을 유지한다는 관점에서도 공급업체의 연계는 중요한 역할을 담당한다.

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