SK하이닉스(000660)가 ‘하이브리드 본딩’ 기술로 12단 고대역폭메모리(HBM)를 만든 연구 결과를 공개했다. 꿈의 패키징 기술인 하이브리드 본딩을 이른 시일 내 적용해 인공지능(AI) 메모리 분야 선두를 이어갈 수 있을지 주목된다.
이강욱 SK하이닉스 부사장은 17일 서울 강남구 과학기술회관에서 열린 대한전자공학회의 'AI를 가능하게 하는 반도체 기술 워크숍'에 참석해 회사의 고대역폭메모리(HBM) 기술 방향과 성과에 대해 설명했다. 이 부사장은 발표에서 차세대 HBM에는 하이브리드 본딩이 적용될 수 있다고 밝혔다.
그는 이어 하이브리드 본딩을 적용해 만든 4세대 HBM(HBM3) 12단 제품의 성능 테스트 결과를 공개했다. SK하이닉스 연구진은 이 테스트에서 HBM을 고온에서 방치했을 때 수명 측정, 제품 출하 후 고객사의 칩 결합 과정에서 발생할 수 있는 문제 등을 4개 항목으로 나눠 다각도로 실험했는데, 모든 분야에서 합격점을 받았다. 이 부사장은 “HBM3로 성능 검증을 했을 때 큰 이슈(문제)는 없었지만, 아직은 R&D 단계이고 양산까지는 많은 시간이 필요한 상황”이라고 소개했다.
SK하이닉스는 재작년 IEDM 2023이라는 학회에서 하이브리드 본딩으로 D램을 8단까지 쌓아올린 3세대 HBM(HBM2E)을 소개한 적 있다. 이번 연구 성과물은 약 1년 만에 4단을 추가로 더 쌓으면서 양산에 한 발짝 더 다가갔다는 점에서 의미가 있다. 이 부사장은 “향후 20단 제품부터는 기본적인 HBM 공정이 될 수 있도록 준비하고 있다"고 설명했다.
하이브리드 본딩은 HBM 산업에서 ‘꿈의 공정 기술’로 손꼽힌다. 지금까지 HBM은 D램과 D램 사이를 연결할 때 ‘마이크로 범프’라는 소재로 이어 붙였다. 하지만 하이브리드 본딩을 활용하면 범프 없이도 칩들을 연결할 수 있다. 가교 역할을 하는 범프를 없애면서 칩의 두께를 획기적으로 줄일 수 있게 된 것이다.
지금까지의 HBM 칩 두께 표준은 775㎛다. 6세대 HBM(HBM4) 이후의 제품은 16개 이상의 D램을 수직으로 쌓아올려야 한다. 기존 패키징 기술로는 고객사가 만족하는 조건을 맞추기가 쉽지 않다. 따라서 차세대 HBM에서 하이브리드 본딩 공정 적용은 불가피하다.
SK하이닉스는 올해 출시할 HBM4 제품에 하이브리드 본딩 적용을 검토하고 있으나, 현실적으로는 내년 출시할 7세대 HBM(HBM4E)에 처음으로 적용될 가능성이 크다는 게 업계 중론이다.
이 부사장은 이번 발표에서 하이브리드 본딩을 포함한 다양한 HBM 기술이 진화를 거듭하고 있다고 밝혔다. HBM4부터 TSMC와 협력해 HBM 가장 아랫단에 위치하는 '베이스 다이'를 로직 반도체로 제조하기 시작한 것이 좋은 예다.
그는 8세대 HBM(HBM5) 이후가 되면 연산 장치 위에 HBM을 올리는 '3D HBM' 시대가 열릴 수 있다고도 예상했다. 그는 "HBM5 시대가 오게 되면 HBM4에서 로직 반도체를 활용하게 된 것처럼 큰 변곡점을 맞이할 가능성이 있다"며 "아직 콘셉트 단계이긴 하지만 3D HBM같은 새로운 콘셉트에 대한 연구들도 진행되고 있다"고 말했다.
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