한국공학대학교 반도체공학부 정현학 교수 연구팀이 차세대 반도체 패키징의 핵심 기술인 ‘구리-구리 직접 접합’의 성능과 신뢰성을 높일 수 있는 연구성과를 발표했다.

이번 연구는 대학의 반도체 분야 교육·연구 지원을 바탕으로 학부생이 연구에 주도적으로 참여해 국제학술지 논문 게재까지 이어졌다는 점에서도 의미가 있다.

구리-구리 직접 접합은 여러 개의 반도체 칩을 수직으로 쌓아 연결하는 차세대 반도체 패키징의 핵심 기술이다. 전기 신호를 빠르게 전달하고 반도체를 더욱 작고 효율적으로 만들 수 있지만, 구리가 쉽게 산화되고 안정적인 접합을 위해 높은 온도와 압력이 필요하다는 한계가 있다.

정 교수 연구팀은 이를 개선하기 위해 두 구리 면 사이에 매우 얇은 은(Ag)층을 넣고, 은의 결정 방향에 따라 접합 성능이 어떻게 달라지는지를 원자수준 컴퓨터 시뮬레이션으로 분석했다. 그 결과 은의 결정 방향에 따라 구리와 은이 섞이는 정도가 달라지고, 이러한 차이가 접합부의 강도에도 영향을 미친다는 사실을 확인했다.

특히 구리와 은이 적게 섞인 구조는 양쪽에서 잡아당기는 힘에 더 강한 반면, 두 금속이 많이 섞인 구조는 옆으로 미끄러뜨리는 힘을 더 잘 견뎠다. 연구팀은 이를 통해 반도체에 가해지는 힘의 특성에 맞춰 접합 구조를 설계함으로써 안정성과 신뢰성을 높일 수 있는 가능성을 제시했다.

정현학 교수는 “이번 연구는 은 삽입층의 결정 방향에 따라 구리-구리 접합부의 기계적 특성이 달라지는 원리를 규명했다는 데 의미가 있다”며 “향후 차세대 반도체 패키징의 접합 신뢰성을 높이는 기술 개발에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구에는 올해 한국공학대 반도체공학부를 졸업한 송민종 학생이 제1저자로 참여했다. 송 씨는 학부 재학 중 수행한 연구를 논문으로 발전시켰으며, 연구 결과는 지난 7월 재료 표면·계면 분야 SCIE급 국제학술지 ‘Applied Surface Science’(Q1)에 온라인 게재됐다.

[ 경기신문 = 김원규 기자 ]