[반도체] 하이브리드 본딩은 패드의 좌표와 제조순서를 따로 보호합니다

SK하이닉스·삼성전자 미국 등록특허 3건의 패드 중심 좌표, 신호·더미패드 간격, 돌출부 삽입 제조방법을 실제 원공보 도면 7개와 공개·등록 청구항으로 비교합니다.

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.il-article-board{padding:12px 0 40px;max-width:900px;margin:0 auto}핵심 요약
하이브리드 본딩은 금속 패드와 절연막을 함께 접합하는 기술이지만, 관련 특허의 권리범위를 ‘본딩을 한다’는 설명만으로 구분하기는 어렵습니다. SK하이닉스 US12740396B2는 네 쌍의 패드 중심이 놓이는 사분면 관계를, 삼성전자 US12733475B2는 신호·더미패드의 전기적 연결과 간격을, SK하이닉스 US12588565B2는 서로 다른 폭의 개구에 돌출 패드를 삽입하는 제조방법을 각각 청구합니다. 세 특허의 원도면과 공개·등록 청구항을 대조하면, 패키징 기업이 설계 좌표·접합면 구성·공정이력을 왜 별도의 증거로 관리해야 하는지 알 수 있습니다.

반도체 패키징 개발팀에서 “기존 하이브리드 본딩과 다른 방식으로 패드를 설계했으니 특허 문제는 없지 않을까?”라는 질문이 나올 수 있습니다. 답을 얻으려면 패키지 단면만이 아니라 패드의 평면 좌표, 신호를 전달하지 않는 패드의 전기적·기계적 역할, 접합 전에 만들어지는 개구와 돌출부의 제조순서를 분리해서 살펴봐야 합니다. 동일한 Cu/절연막 접합면을 구현하더라도 특허가 요구하는 구성은 서로 다를 수 있기 때문입니다.
1. 접합면의 물리: 전기적으로 연결되는 금속과 기계적으로 결합하는 절연막
하이브리드 본딩의 대표적인 형태에서는 두 반도체 구조체의 미세 금속패드가 금속 간 접합을 형성하고, 그 주변 절연막도 함께 접합됩니다. TSV(실리콘 관통전극)는 다이 내부를 수직 관통하는 배선으로 접합계면의 패드와 연결될 수 있지만, TSV 자체가 두 다이 사이의 본딩패드를 의미하지는 않습니다. 기존 솔더 마이크로범프와도 구분해야 합니다.
접합 특성을 좌우하는 변수는 패드의 개수나 피치만이 아닙니다. 접합 전 화학적·기계적 평탄화(CMP)에서 발생하는 금속부의 dishing(주변 절연막보다 표면이 움푹 들어간 형상), 정렬 오차(overlay), 표면 활성화와 어닐링 조건, 계면의 실제 접촉면적이 함께 작용합니다. 패드의 평면상 겹침면적을 A_overlap이라고 하더라도, 실제 전류가 흐르는 유효 접촉면적 A_real은 계면의 산화·공극·압착 상태에 따라 달라질 수 있습니다. 접촉 비저항을 ρ_c로 단순화하면 R_contact ≈ ρ_c/A_real이라는 관계를 검토할 수 있지만, 이 식만으로 개별 특허가 접촉저항 개선을 실증했다고 볼 수는 없습니다.
기술적 보호범위의 차이도 중요합니다. 삼성전자 등록특허의 독립항 1은 신호패드와 더미패드의 전기적 분리를 명시합니다. 반면 SK하이닉스의 다른 등록특허 독립항 1은 네 쌍의 패드가 갖는 상대 위치에 초점을 맞춥니다. 제품에서 동일한 금속 접합면이 관찰되더라도 두 청구항의 필수구성은 다릅니다.
물리적 배경을 살펴보면, Le·Choa의 2024년 유한요소해석 연구는 CMP dishing이 커지고 어닐링 온도가 낮아질 때 모델상 미접합 면적이 증가할 수 있는 반면, 높은 온도에서는 계면 박리응력이 문제가 될 수 있음을 보고했습니다. 연구 모델에서는 접합면적 90% 초과를 위해 200°C 초과의 조건이 필요하고 350°C에서는 균열위험이 커지는 상황이 제시됐습니다. 이는

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