Samsung Electronics、次世代HBM構造変革を推進…積層対応型の新規特許出願

Samsung Electronicsが、高帯域幅メモリ（HBM）パッケージの信頼性問題を解決するための新規特許を出願したことが確認された。HBM4EやHBM5の高積層時代が近づく中、メモリダイを保護する「ダミーダイ」構造を革新し、構造的安定性と歩留まり安定性の両立を追求している。28日公開されたHBMパッケージング特許によると、Samsung Electronicsは積層内の最上部ダミーダイの側面を3段階段状に加え、曲面構造を組み合わせた技術を開発した。これは高積層HBMで一般的に発生するチーム剥離、クラック、反り問題を効果的に改善できる方式である。
HBMはベースダイ上に複数のメモリダイを垂直に積層し、その上に最上部ダミーダイを配置する構造である。ダミーダイはパッケージ全体の高さを仕様内に収め、機械的保護と放熱の役割を果たす。しかし、積層数が12層から16層以上へと増加するにつれ、最上部ダミーダイの信頼性が歩留まりと長期安定性の重要な変数として浮上している。通常、8層から12層への移行で歩留まりは10～20ポイント低下し、16層に向かうとさらに急激に低下し、40～60%の範囲に落ち込む。ここでダミーダイ構造の改善は、歩留まり低下の重要な原因の一つである反り問題と熱膨張ミスマッチ問題に対処する。
Samsung Electronicsはダミーダイに「ディープグルーブソーイング」工程を採用している。ディープグルーブソーイングはウェハーに深い溝を彫り込んでチップ（ダイ）を分離する高精密切断工程であり、従来の通常ブレードソーイング（機械的切断）よりも深く精密な溝を形成する技術である。その利点はレーザーベースであり、半導体結晶構造への損傷を最小限に抑えることにある。
この構造は逆ピラミッド形状で設計されており、最上部ダミーダイの底面（接合面）を狭く保ち、上面を広くする。側面は第1側面、第2側面、第3側面に分けられ、各接続点で傾斜が急変する不連続構造と、上部に向かう凸曲面を特徴とする。その結果、従来の単純な垂直側面と比較して機械的強度が大幅に向上すると期待される。さらに、非接合領域（NBR）にあらかじめトレンチ（Tr）を形成することで、ソーイング工程で発生する破片が接合界面を汚染する問題を解決する。これにより、フュージョンボンディングの信頼性が強化される。
熱管理の観点からも注目に値する。特許は、接合絶縁層の底面と水平延長面との垂直距離を1～10マイクロメートルと精密に設計し、熱伝達効率を従来レベルに維持できるようにしている。また、モールディング層（EMC）の体積を最小化する改良凸面設計も含まれており、熱伝達経路を実際に改善する可能性が高まっている。
Samsung Electronicsは、この技術をハイブリッドボンディングやHPB（Heat Path Block）などの既存HBMパッケージング技術と連携させ、総合的な信頼性競争力を強化し、HBM市場シェアを拡大する構えと見られる。
業界関係者は、12層以上の高積層HBMでは最上部ダミーダイの反りが事実上歩留まりに大きな影響を与える重要な変数であり、16層以上のHBM5をターゲットとした先行的な技術と見られると説明した。