붙는 순간 구리는 안 닿는다

칩을 구리로 붙이는데, 붙는 순간엔 구리끼리 닿아 있지 않습니다. 땜납 범프 없이 칩을 쌓는 하이브리드 본딩은 먼저 유리막(산화막)끼리 붙고, 수백 도로 구워야 구리가 부풀어 틈을 메우고 하나가 됩니다.

• 칩을 구리로 붙이는데, 붙는 순간엔 구리끼리 닿지 않습니다
• 땜납 범프 없이 칩을 쌓는, 하이브리드 본딩입니다
• 지금 HBM은 칩 사이에, 작은 땜납 범프를 끼워 쌓습니다
• 범프와 그 틈을 메운 충전재만큼, 탑이 높아집니다
• 하이브리드 본딩은 범프 대신, 칩 면을 먼지 한 톨 없이 평평하게 갑니다
• 그 면의 구리 패드는, 둘레 유리막보다 수십 nm 패여 있습니다
• 그래서 실온에서 맞대면, 유리막끼리만 먼저 달라붙습니다
• 이제 수백 도로 구우면, 구리가 유리막보다 더 부풀어 틈을 메웁니다
• 맞닿은 구리는 경계선이 사라질 만큼, 하나로 붙습니다
• 범프로 쌓을 때보다, 연결을 약 15배 촘촘하게 놓습니다(한 칩 회사의 적층 캐시 제품 발표 기준)
• 카메라 센서 칩에 먼저 쓰인 이 방식을, 이제 20층 넘는 AI 메모리에 쓰려 합니다(개발 중, 지금 HBM은 범프 방식)

HBM(고대역폭 메모리)

D램 칩 여러 장을 수직으로 쌓아 GPU 바로 옆에 붙인 메모리입니다. 지금은 칩 사이를 범프로 잇고 틈을 보호재로 채웁니다.

범프·마이크로범프

쌓인 칩 사이에서 위아래 칩을 잇는 작은 금속 돌기입니다. 구리 기둥 끝에 땜납을 얹어 녹여 붙입니다.

언더필(충전재)

범프 사이 틈을 채워 접합을 보호하고 열을 빼는 데 돕는 재료입니다.

하이브리드 본딩

금속(구리)은 금속끼리, 절연막은 절연막끼리 한 번에 붙이는 범프 없는 접합입니다. 첫 상용은 CMOS 이미지 센서였습니다.

CMP(화학적 기계 연마)

회전하는 패드와 연마액으로 웨이퍼 면을 평평하게 가는 공정입니다. 하이브리드 본딩에서는 구리 패드의 패임 깊이까지 맞춰야 합니다.

패임(디싱)

연마 뒤 구리 패드 면이 둘레 절연막보다 오목하게 내려간 상태입니다. 한 리뷰는 최대 약 50 nm, 예시로 약 20 nm를 듭니다.

열처리(어닐링)

맞붙인 칩을 수백 도(예: 400 °C)로 데워, 팽창한 구리가 틈을 메우고 원자가 서로 확산해 붙게 하는 단계입니다. 이때는 누르는 힘이나 진공이 필요 없습니다.