삼성전자와 SK하이닉스의 HBM 적층 방식 비교

1. 적층 방식 및 공정 기술

SK하이닉스: 기존 공정 고도화 (MR-MUF)

• 기술적 접근: SK하이닉스는 HBM3E와 향후 HBM4, HBM5 제품까지 (Mass reflow-molded underfill, MR-MUF) 공정을 유지할 계획입니다. 이 공정은 여러 개의 반도체 칩을 대형 오븐과 같은 장비에서 한 번에 납땜한 후, 칩 사이 공간에 액체 보호재를 주입하여 굳히는 방식입니다.
• 장점: MR-MUF 공정은 단수(적층 수)가 증가해도 수율의 급격한 하락을 방지하는 장점이 있으며, SK하이닉스는 이미 16단 HBM3E 제품에서 12단과 비슷한 수준의 수율을 확보했다고 밝혔습니다. 이는 고도화된 공정을 통해 성숙된 기술적 기반과 높은 생산성을 유지할 수 있다는 의미입니다.
• 전략: SK하이닉스는 현재 개발 중인 하이브리드 본딩과 MR-MUF 공정을 병행해 기술적 이점을 최종 평가한 후, 적절한 공정을 선택할 방침입니다.

삼성전자: 새로운 공정 도입 (Cu to Cu bonding)

• 기술적 접근: 삼성전자는 HBM의 고적층화를 목표로 Copper to Copper Bonding을 도입할 예정입니다. 이 공정은 전도성이 높은 구리(copper)를 이용하여 반도체 칩을 솔더 범프 없이 직접 연결하고, Through Si via (TSV)을 통해 데이터를 전송합니다.
• 기존 기술과의 차이점: 현재 삼성전자는 HBM3E(5세대) 제품까지 열압착 비전도성접착필름(TC-NCF) 공정을 사용해 칩을 적층해 왔습니다. TC-NCF 공정은 반도체 사이에 비전도성 접착필름을 배치하고 솔더 범프와 함께 칩을 쌓아올리는 방식으로, 적층 단수가 늘어나면 효율이 감소할 수 있습니다. 이에 삼성전자는 16단 이상에서는 카파 투 카파 본딩 기술을 통해 패키지 크기를 줄이고, 전기적 연결 효율을 높이려는 계획입니다.
• 전략: 새로운 접합 기술을 보다 빠르게 도입하여 경쟁사 대비 기술적 우위를 점하고, 고단수 HBM 제품에서의 수율 및 성능을 개선하고자 합니다.

2. 전공정의 차이

• SK하이닉스는 내년 양산을 목표로 하는 HBM4까지 10나노급 5세대(1b) D램을 유지하여, 기존의 성숙한 공정을 통해 높은 수율을 유지하는 전략입니다.
• 삼성전자는 HBM4부터 10나노급 6세대(1c) D램을 채택할 계획으로, D램 성능을 강화하는 데 주력하고 있습니다. 이는 전공정에서부터 더 진보된 기술을 도입하여 전체적인 HBM 성능과 품질을 향상시키기 위한 시도입니다.

3. 기술적 과제 및 방향성

• SK하이닉스는 이미 성숙한 MR-MUF 공정을 바탕으로 안정적인 수율과 생산성을 강조하며, 고단수 제품에서도 기존 공정의 효율성을 높이는 데 주력하고 있습니다. 하이브리드 본딩 기술도 병행 개발 중이지만, 단수 증가에 따른 수율 문제를 MR-MUF로 충분히 극복할 수 있다고 판단하고 있습니다.
• 삼성전자는 카파 투 카파 본딩을 통해 전기적 연결 효율을 높이고, 패키지 크기를 줄이는 것을 목표로 하고 있습니다. 새로운 접합 방식으로의 전환을 통해 HBM 적층에서의 경쟁력을 강화하려는 전략을 채택하고 있습니다.

결론적으로:

• SK하이닉스는 기존 기술의 고도화와 성숙한 공정 기반을 활용하여 적층 수 증가와 수율 유지에 집중하고 있으며, 삼성전자는 새로운 공정 도입을 통해 고단수 제품에서의 효율성과 패키징 소형화를 꾀하고 있습니다. 양사의 전략은 기술적 접근에서 차이를 보이며, 각자가 추구하는 목표에 따라 서로 다른 장점을 발휘하려 하고 있습니다.