반도체 후공정 소재: 본딩 와이어, 봉지재, 그리고 차세대 반도체 기술 동향
1. 본딩 와이어
본딩 와이어는 반도체 조립 과정에서 다이(Die) 또는 칩(Chip) 위의 외부 연결 단자와 리드 프레임 또는 PCB와 같은 기판의 패턴을 연결하는 데 사용되는 필수 요소입니다. 보통 금(Au)이나 알루미늄(Al) 와이어가 많이 사용되며, 최근에는 구리(Cu) 와이어도 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 본딩 와이어는 높은 전도성과 안정성, 그리고 우수한 접합 특성을 가져야 합니다.
본딩 와이어의 주요 특징은 다음과 같습니다:
- 금(Au) 와이어: 높은 전도성, 내식성, 안정성
- 알루미늄(Al) 와이어: 비용 효율성, 좋은 전도성
- 구리(Cu) 와이어: 높은 전도성, 비용 효율성, 하지만 산화 방지를 위한 추가 처리가 필요
2. 봉지재(EMC)
Epoxy Molding Compound(EMC)는 반도체 후공정에서 사용되는 중요한 봉지재입니다. EMC는 외부 환경으로부터 반도체 칩을 보호하고 기계적, 전기적 특성을 유지하는 역할을 합니다. EMC는 다양한 무기 소재와 혼합된 유무기 복합 소재로, 우수한 내습성, 기계적 강도, 전기적 특성을 제공합니다.
EMC의 주요 특성:
- 내습성: 습기로부터 반도체 칩 보호
- 기계적 강도: 외부 충격 및 열 변형에 대한 저항성
- 전기적 특성: 우수한 절연 특성
EMC는 금속, 세라믹을 이용한 기밀 봉지와 에폭시 및 실리콘 수지 등의 열경화성 수지를 이용한 수지 봉지로 분류될 수 있습니다. 최신 EMC 기술은 고충진화로 무기 재료의 함량을 증가시켜 내습성, 기계적 특성, 전기 특성을 더욱 향상시키고 있습니다.
3. ITRS 로드맵
ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductor)는 반도체 기술의 장기적인 발전 동향을 예측하고 가이드라인을 제공하는 로드맵입니다. 1993년에 미국 반도체 산업 협회(SIA)가 처음 발표한 NTRS(National Technology Roadmap for Semiconductor)에서 시작되어 1999년부터 국제적으로 발전하여 한국의 KSIA, 유럽의 EECA, 일본의 EIAJ, 대만의 TSIA 등이 참여하고 있습니다. ITRS는 2년마다 새로운 로드맵을 발표하며 중간 해에는 업데이트를 발표합니다.
ITRS의 주요 목표는 다음과 같습니다:
- 향후 15년 동안의 반도체 기술 동향 예측
- 반도체 및 관련 산업의 발전 가이드라인 제공
차세대 반도체 공정 및 소자 개발 동향
(1) 해외 기술 개발 동향
미세화 공정 기술은 ArF에서 ArF immersion, 그리고 double patterning으로 발전 중입니다. EUV(Extreme Ultraviolet) 기술은 IMEC 등의 컨소시엄을 중심으로 개발되고 있으며, 미세화 공정 기술과 함께 High-k/Metal Gate 등 신개념 공정 기술도 치열하게 경쟁 중입니다. 300mm Fab에서 450mm Fab으로의 전환도 예상되며, 이에 따라 장비 및 소재 개발에 인텔, 삼성, TSMC 등의 협력이 진행되고 있습니다.
(2) 국내 기술 개발 동향
국내 메모리 반도체 공정 기술은 세계 선두를 유지하고 있지만, 시스템 반도체 공정 분야는 아직 후발 주자로서 선두권과의 격차가 존재합니다. 국내 반도체 강국임에도 불구하고 장비 기술력 및 국산화율이 미흡하여 해외 의존도가 높습니다. 이를 해결하기 위해 7대 분야의 장비에 대한 개발이 진행 중이며, 특히 20나노급 식각 장비, High-k gate/metal 전극, ALD 장비, PECVD 증착 장비, 패키징 장비 등을 활발히 개발 중입니다. 또한, 와이어 본딩 기반의 기존 패키징 기술을 바탕으로 TSV(Through Silicon Via) 등 차세대 3D 패키징 기술 개발도 진행 중입니다.
이와 같이 반도체 후공정 소재와 차세대 기술 개발 동향은 반도체 산업의 발전을 이끄는 중요한 요소입니다. 지속적인 연구와 개발을 통해 반도체 소자의 성능과 신뢰성을 높이는 데 기여하고 있습니다.