은 결정방향 따라 접합부 강도 달라져
학부생 주도 연구 국제학술지 게재
국내 대학 연구진이
차세대 반도체 패키징에 사용되는 구리-구리 직접 접합에서 은(Ag)층의 결정 방향이 결합부 강도에 영향을 미치는 원리를 규명했다.
한국공학대학교(총장 황수성)는 반도체공학부 정현학 교수 연구팀이 구리 사이에 넣는 얇은 은층의 결정 방향과 기계적 특성의 관계를 원자 수준에서 분석했다고 21일 밝혔다.
구리-구리 직접 접합은 여러 반도체 칩을 수직으로 쌓아 연결하는 기술이다. 전기 신호를 빠르게 전달하고 반도체를 소형화하는 데 유리하지만, 구리가 쉽게 산화되고 안정적으로 연결하려면 높은 온도와 압력이 필요하다는 한계가 있다.
연구팀은 이를 개선하기 위해 두 구리 면 사이에 매우 얇은 은층을 넣고 은의 결정 방향에 따라 두 금속이 섞이는 정도가 어떻게 변하는지를 원자 수준 컴퓨터 모의실험으로 분석했다.
분석 결과 구리와 은이 적게 섞인 구조는 양쪽에서 잡아당기는 힘에 강했고, 많이 섞인 구조는 옆으로 미끄러뜨리는 힘을 더 잘 견뎠다. 은의 결정 방향에 따라 금속이 섞이는 정도가 달라지면서 구조가 견딜 수 있는 힘의 특성도 달라진 것이다. 연구팀은 반도체에 가해지는 힘에 맞춰 구조를 설계하는 데 이번 결과를 활용할 수 있을 것으로 보고 있다.
정현학 교수는 “은 삽입층의 결정 방향에 따라 구리-구리 결합부의 기계적 특성이 달라지는 원리를 규명했다”며 “향후 반도체 접합 기술의 신뢰성을 높이는 데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구에는 올해 한국공학대 반도체공학부를 졸업한 송민종씨가 제1저자로 참여했다. 송씨는 학부 재학 중 수행한 연구를 논문으로 발전시켰으며, 연구 결과는 지난 7월 재료 표면·계면 분야 국제학술지 ‘어플라이드 서피스 사이언스(Applied Surface Science)’에 온라인 게재됐다.
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