Backside Power Delivery от imec

Backside Power Delivery рассматривается как одна из наиболее важных технологий для будущего совершенствования процессов интегральных схем.

Intel заявляет, что представит эту технологию в своих продуктах в следующем году, TSMC заявляет, что она будет доступна своим клиентам в 2025 году, а Samsung заявляет, что она будет использоваться в 2-нм техпроцессе, который появится в конце 2025 года.

Компания Applied охарактеризовала эту технологию как эквивалентную двум поколениям технологических узлов.

Компания imec, которая стала пионером этой технологии, описывает ее в статье Наото Хоригучи и Эрика Бейна.

«Чипы будущего вполне могут нарушить традицию подачи энергии через лицевую часть чипа: задняя сеть подачи питания (BSPDN) продемонстрировала явные преимущества в производительности.

Значительный прогресс был достигнут в реализации важнейших этапов процесса, включая внедрение скрытой шины питания, чрезвычайное утончение пластин и обработку нано-сквозных переходных отверстий.

Асеть доставки электроэнергии предназначен для наиболее эффективного обеспечения электропитанием и опорным напряжением (т. е. VDD и VSS) активных устройств на кристалле. Традиционно это реализуется как сеть низкоомных металлических проводов, изготовленных посредством технологической обработки (BEOL).на лицевой стороне пластины . Сеть доставки электроэнергии делит это пространство с сигнальной сетью, т. е. с межсоединениями, предназначенными для передачи сигнала.

Чтобы доставить мощность от корпуса к транзисторам, электроны проходят через все 15–20 слоев стека BEOL через металлические провода и переходные отверстия, которые становятся все более узкими (следовательно, более резистивными) по мере приближения к транзисторам. По пути они теряют энергию, что приводит к ее доставке илиИК падение при отключении питания. Приближаясь к транзистору, то есть на уровне стандартной ячейки, электроны попадают в силовые и заземляющие шины VDD и VSS, организованные на уровне Mint BEOL. Эти рельсызанимать место на границе и между каждой стандартной ячейкой. Отсюда они подключаются к истоку и стоку каждого транзистора через сеть межсоединений средней линии.

Рисунок 1 – Схематическое изображение традиционной фронтальной сети подачи электроэнергии.

Но с каждым новым поколением технологий традиционная архитектура BEOL с трудом успевает за развитием транзисторов. Сегодня «энергетические межсоединения» все чаще конкурируют за пространство в сложной сети BEOL и на их долю приходится не менее 20 процентов ресурсов маршрутизации. Кроме того, шины питания и заземления занимают значительно большую площадь на уровне стандартной ячейки.ограничение дальнейшего масштабирования стандартной высоты ячейки . На системном уровне,удельная мощностьи падение ИК-излучения резко возрастает, что заставляет разработчиков поддерживать 10-процентный запас, допустимый для потерь мощности между стабилизатором напряжения и транзисторами.

Задняя сеть подачи электроэнергии обещает решить эти проблемы. Идея состоит в том, чтобыотделить сеть подачи электроэнергии от сигнальной сети переместив всю сеть распределения электроэнергии на обратную сторону кремниевой пластины, которая сегодня служит только носителем. Отсюда он обеспечивает прямую подачу энергии к стандартным элементам через более широкие металлические линии с меньшим сопротивлением, без необходимости прохождения электронами через сложную стопку BEOL. Этот подход обещаетвыгода падение ИК-излучения, улучшить производительность подачи питания, уменьшить перегрузку маршрутизации в BEOL и, при правильном проектировании, обеспечить дальнейшее масштабирование стандартной высоты ячейки. [1]

Рисунок 2. Задняя сеть подачи электроэнергии позволяет отделить подачу электроэнергии от сигнальной сети.

Прежде чем подробно описывать технологический процесс изготовления задней сети электроснабжения, мы представляемдва технологических инструмента: скрытая шина питания (BPR) и нано-кремниевые переходы (nTSV).

BPR — это инструмент для масштабирования технологий это дополнительно масштабирует стандартную высоту ячейки и уменьшает падение ИК-излучения. Это металлическая конструкция, спрятанная под транзисторами – частично внутри кремниевой подложки, частично внутри оксидной изоляции с неглубокой канавкой. Он выполняет роль шин питания VDD и VSS, которые традиционно реализуются в BEOL на уровне стандартных ячеек. Этот исторический переход от BEOL к переднему концу линии (FEOL) позволяет сократить количество дорожек Mint, что обеспечивает дальнейшее сокращение стандартной ячейки. Кроме того, при проектировании перпендикулярно стандартной ячейке размер направляющей можно уменьшить, что еще больше снижает падение ИК-излучения.