입력 2025.08.29 10:42
- 서울과기대 윤현식 교수팀, 나노임프린트 기반 고분자 절연층 기술 개발
- 고온 스트레스 최소화… 차세대 3D 반도체 패키징 및 AI 반도체 활용 기대
□ 서울과학기술대학교(총장 김동환) 화공생명공학과 윤현식 교수 연구팀이 고온 공정에서 발생하는 스트레스를 줄이면서도 미세한 회로 패턴을 정밀하게 구현할 수 있는 차세대 반도체 본딩 기술을 개발했다.
□ 이번 연구는 나노임프린트 공정(Nanoimprint Lithography, NIL)을 활용해 고분자 절연층을 미세하게 패턴화하고, 이를 기반으로 하이브리드 본딩(Hybrid Bonding)을 구현한 것으로, 한국연구재단 지원을 받아 수행됐다.
□ 최근 반도체 성능 고도화를 위한 고급 패키징(Advanced Packaging) 기술의 중요성이 커지고 있으며, 그중에서도 ‘이종 집적(Heterogeneous Integration)’을 구현하는 하이브리드 본딩이 주목받고 있다.
□ 연구팀은 기존의 포토리소그래피 대신 나노임프린트 리소그래피를 활용해 고분자 절연층을 미세 패터닝하는 방법을 제안했다. 이를 통해 광반응성 재료 없이도 정밀한 절연층 패턴을 구현할 수 있다. 특히 열경화성 에폭시 수지를 절연재로 사용하여 3μm 이하의 미세 회로 패턴을 형성하고, 열압착 공정을 통해 안정적으로 접합하는 데 성공했다. 접합 강도는 기존 구리-구리 혹은 고분자-고분자 접합 수준에 근접할 만큼 우수한 것으로 나타났다.
□ 연구팀은 “이번 연구는 금속 확산과 고분자 가교 반응이 동시에 작용하는 접합 메커니즘을 통해 신뢰성과 성능을 확보한 것”이라며, “특히 포토공정 없이도 고정밀 패턴을 구현해 반도체 공정을 더욱 단순하고 경제적으로 만들 수 있다”고 밝혔다.
□ 윤현식 교수는 “기존에는 고온에서 재료 간 물성이 달라 접합이 불안정했지만, 이번 연구에서는 고분자의 유연성을 활용해 이를 극복했다”며, “단순한 접합을 넘어 패키지 집적도와 공정 신뢰성을 동시에 높일 수 있는 기술”이라고 강조했다.
□ 이 기술은 고집적 3D 반도체 패키징, 고속 데이터 전송 시스템, 차세대 AI 반도체 칩 등 다양한 분야에서의 활용이 기대된다.
□ 이번 연구는 차세대반도체소재부품장비후공정 전문인력양성사업, 한국연구재단 중견연구자 사업, 동진장학연구재단의 지원으로 수행됐다. 연구 성과는 국제 학술지 IEEE Access 2025년 최신 호에 게재되었다. (S. Jeon, S. Lee and H. Yoon, "Hybrid Bonding With Polymeric Interlayer Dielectric Layers Patterned by Nanoimprint Lithography," in IEEE Access, vol. 13, pp. 131120-131127, 2025, doi: 10.1109/ACCESS.2025.3591107.)