삼성전자, 세계 최초 차세대 패키지 기술 D램 적용 성공

고속, 고용량 D램 모듈을 위한 전/후방 기술 확보

삼성전자가 세계 최초로 관통전극형(Through Silicon  Via) 칩 접속 방식인 WSP(Wafer-Level Processed Stack Package) 기술을 적용한 4단 적층 D램 칩과 모듈 개발에 성공했다.

이번에 개발된 제품은 512Mb(Mega bit: 메가 비트) DDR2 D램을 4개 적층한 2Gb 대용량 D램 적층칩과 4GB(Giga Byte: 기가 바이트) 모듈이다.

WSP 기술은 기존 패키지 방식인 MCP(Multi Chip Package)에 비해 패키지 사이즈는 소형화하고, 용량/스피드/저소비전력 등 성능은 대폭 개선할 수 있는 최첨단 복합칩 기술이다.

WSP(Wafer-Level Processed Stack Package)는 칩을 수직 관통하는 홀(Hole)을 통해 "칩間 직접 접속"하는 패키지 방식으로, 칩 상하間 별도의 간격이나 와이어 연결을 위한 공간이 불필요함에 따라 패키지 크기를 줄이고 성능을 높일 수 있다.

삼성전자는 작년 4월, 이 기술을 세계 최초로 낸드플래시 메모리에 적용했으며 이번에 D램에도 세계 최초로 적용하여 기존 기술을 적용한 D램 패키지 대비 면적은 15%, 두께는 50% 이상 축소했다.

낸드플래시에 이 기술을 적용하는 경우에는 회로가 없는 주변 영역에 관통전극을 형성하고 재배선을 이용하여 연결을 했지만 D램의 경우 제품 특성상 고속 동작이 요구되어 재배선을 할 경우 속도 저하가 발생되는 어려움이 있었다.

이에 삼성전자는 D램 칩 중앙부의 회로가 있는 부분에 관통전극을 직접 형성하고 이에 따른 공정상의 어려움을 극복함으로써 차세대 고속 D램 모듈 구현을 위한 핵심 기술을 확보하였다.

향후 차세대 D램 제품이 시장에 본격 상용화 되면, 기존의 칩 적층 기술로는 앞서 언급한 재배선에 의한 속도 저하 문제로 1.6Gb/초 수준의 데이터 처리가 어려울 것으로 예상되나 삼성전자는 이번에 적용 성공한 WSP 기술을 통해 그 한계를 극복 할 수 있을 것으로 전망된다.

또한 D램의 경우 낸드보다 회로가 복잡하게 형성되어 있어 웨이퍼를 박막화 할 경우 웨이퍼 휨 현상(Warpage)이 더욱 잘 발생하는데 삼성전자는 작년 11월에 개발 성공한 16단 MCP 패키지에 적용된 웨이퍼 박막화 기술을 활용하여 이를 극복할 수 있었다.

시스템에 적용되는 반도체의 고성능화를 위해서는 단품 칩 개발도 중요하나, 수십 나노 수준까지 축소된 칩 가공 기술을 뒷받침 할 수 있는 패키지 기술의 개발 역시 수반되어야 한다.

지금까지는 패키지 기술이 칩 제조 기술만큼 빠른 속도로 진화하지 못하였기 때문에, 나노급까지 진화된 칩 제조 기술과 마이크로미터급의 패키지 기술간의 격차가 발생해 왔었다.

이와 관련하여, 삼성전자가 주도하고 있는 차세대 패키지인 기술인 WSP는 칩 제조 기술과 패키지 기술간의 미세화 격차를 줄일 수 있는 해법이 될 수 있을 것으로 기대된다.

삼성전자는 3차원 트랜지스터를 활용한 50나노 1기가 D램 개발 등 고용량/나노 칩 및 솔루션 개발을 선도하며 반도체 기술의 청사진을 제시해 왔을 뿐만 아니라,

삼성전자는 WSP 기술의 낸드 제품 적용과 최근 16단 MCP 적층칩 개발 성과에 이어 이번에는 WSP 기술을 D램에도 적용함으로써 패키지 부문에서도 지속적으로 기술 리더십을 유지하고 있다.

삼성전자는 향후 메모리와 로직 제품이 합쳐진 고성능 SiP (System in Package) 솔루션 확보를 위해 힘찬 발걸음을 내딛고 있다.