[서울=뉴스핌] 김아영 기자 = 차세대 고대역폭메모리(HBM) 패키징 시장이 기존 열압착(TC) 방식을 넘어 칩을 직접 접합하는 하이브리드 본딩으로의 전환을 준비하고 있다. 삼성전자가 차기작인 HBM4E(7세대)부터 해당 기술을 일부 도입하는 방안을 추진 중인 가운데, SK하이닉스도 내부적으로 기술 완성도를 높이며 대응 체제를 갖추는 모습이다. 이에 맞춰 한미반도체와 한화세미텍 등 주요 장비사들도 전용 공장 구축과 시제품 공급에 나서며 차세대 시장 주도권 확보를 위한 공급망 재편에 착수했다.

4일 반도체업계에 따르면, 삼성전자는 이달 10나노급 6세대(1c) D램 공정과 자사 4나노 파운드리(반도체 위탁생산) 로직 공정을 결합한 HBM4E 샘플을 주요 고객사에 전달할 방침이다. 삼성전자가 HBM4 양산에 이어 HBM4E에서도 시장 주도권을 확보하기 위해 하이브리드 본딩 기술을 일부 적용할 방침이다. 이는 입출력(I/O) 단자 수 급증에 따른 발열과 전력 효율 문제를 해결하기 위한 기술적 선택지로 풀이된다.

SK하이닉스 역시 차세대 제품 적용을 목표로 하이브리드 본딩 도입 준비에 박차를 가하고 있다. 현재 내부적으로 하이브리드 본딩을 적용한 12단 HBM의 검증을 완료했으며, 양산 적용을 위해 수율 개선 작업을 지속하고 있는 것으로 파악된다. 업계에서는 SK하이닉스가 2029년 양산이 예상되는 HBM5(8세대) 등 차세대 제품에 대비해 미국 어플라이드머티어리얼즈와 네덜란드 BESI가 공동 개발 중인 하이브리드 본딩용 장비(본더) 도입을 검토하는 등 선제적 투자에 나선 것으로 관측한다.

하이브리드 본딩은 칩 사이에 별도의 연결 구조물을 두지 않고 금속 면을 직접 맞닿게 해 쌓는 방식이다. 이 방식은 기존 대비 적층 간격을 줄이고 신호 전달 효율을 높일 수 있어 고적층 HBM 구현에 유리한 기술로 평가된다. 다만 극도의 정밀도가 요구돼 비용 부담과 수율 확보가 여전한 과제다. 이 때문에 업계에서는 HBM4E에서 HBM5로 넘어가는 구간을 기술 전환기로 보고, 기존 공정과 하이브리드 본딩을 단계적으로 혼용할 것으로 전망한다.

메모리 업계의 기술 변화에 맞춰 국내 장비사들의 움직임도 분주해지고 있다. TC 본더 시장의 70% 이상을 점유하고 있는 한미반도체는 하이브리드 본딩 기술에 1000억원을 투자하며 '투트랙 전략'을 공식화했다. 한미반도체는 인천 주안국가산단에 연면적 4415평 규모의 하이브리드 본더 전용 팩토리를 건설 중이며, 내년 하반기 완공 후 2027년 말 장비 출시를 목표로 하고 있다. 최근에는 장비사 테스와 기술 협약을 맺고 플라즈마 및 세정 기술을 결합하는 등 연구개발 인력 확충에도 나섰다.

한화세미텍도 차세대 시장 진입을 위해 하이브리드 본더 시제품을 고객사에 공급하고 성능 검증을 진행 중이다. 한화세미텍은 네덜란드 업체와의 협력을 강화해 기존 TC 본더 시장의 낮은 점유율을 하이브리드 본딩 시장에서 만회한다는 포석이다.

반도체 업계 관계자는 "HBM의 적층 단수가 높아질수록 기존 범프 방식은 물리적 한계에 부딪힐 수밖에 없어 하이브리드 본딩으로의 전환은 피할 수 없는 흐름"이라며 "결국 누가 먼저 양산 가능한 수준의 수율을 확보해 경제성을 입증하느냐가 향후 글로벌 HBM 공급망의 주도권을 가르는 결정적 변수가 될 것"이라고 말했다.

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