은 삽입층 결정 방향에 따른 접합부 기계적 특성 차이 밝혀내
한국공학대학교는 최근 정현학 반도체공학부 교수 연구팀이 차세대 반도체 패키징의 핵심 기술인 '구리-구리 직접 접합'의 성능과 신뢰성에 영향을 미치는 원리를 규명했다고 18일 밝혔다.
이번 연구는 구리-구리 접합 계면에 얇은 은(Ag) 삽입층을 적용할 때 은의 결정 방향에 따라 접합부의 기계적 특성이 달라진다는 사실을 원자 수준의 컴퓨터 시뮬레이션으로 확인하기 위해 수행됐다.
구리-구리 직접 접합은 다수의 반도체 칩을 수직으로 쌓아 연결하는 차세대 패키징의 핵심 기술이다. 전기 신호 전달 속도를 높이고 소자를 소형화할 수 있지만, 구리의 산화 특성과 안정적인 접합을 위한 고온·고압 조건이 필요하다는 한계가 있다.
정 교수팀은 은의 결정 방향에 따라 구리와 은이 섞이는 정도가 달라지고, 이 차이가 접합부 강도에도 영향을 미친다는 사실을 확인했다. 구리와 은이 적게 섞인 구조는 인장력에, 두 금속이 많이 섞인 구조는 전단력에 각각 더 강한 특성을 보였다. 연구팀은 반도체에 가해지는 힘의 특성에 맞춰 접합 구조를 설계하면 신뢰성을 높일 수 있다고 제시했다.
정 교수는 "은 삽입층의 결정 방향에 따라 구리-구리 접합부의 기계적 특성이 달라지는 원리를 규명했다"며 "향후 차세대 반도체 패키징의 접합 신뢰성을 높이는 기술을 개발하는 데 개발에 활용될 수 있을 것"이라고 설명했다.
한편 이번 연구는 반도체특성화대학지원사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 재료 표면·계면 분야 SCIE급 국제학술지 'Applied Surface Science'(IF=6.6, JCR Q1) 온라인판에 게재됐다.
