[반도체]BSPDN 스크리닝

#BSPDN(Back side power delivery network)

• 웨이퍼 후면에서 전력을 전달한다.
• 단순히 칩의 통합을 넘어 웨이퍼 후면까지 적극적으로 활용한 기술을 말한다

• CMP장비 : #케이씨텍
• CMP Slurry : 케이씨텍, #솔브레인, #SKC
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인텔은 자체 개발한 전력공급 기술로 3D 적층 차별화에 나설 예정이다. IEDM 2023에 함께 공개한 '후면 직접접촉 기술'이 주인공이다. 후면 직접접촉 기술은 인텔이 2024년 양산에 적용할 후면 전력공급 장치(BSPDN)를 개선한 것으로, 반도체 웨이퍼 후면에서 트랜지스터에 직접 배선을 접촉시켜 원활한 전력 공급을 가능하게 한다. 기존 후면 전력공급 장치는 트랜지스터에 직접 전력을 공급하지 않고 별도 배선이 필요해 공간 활용도가 떨어졌다. 인텔은 “금속 층을 줄일 수 있고 동시에 전력 소모를 낮출 수 있다”고 부연했다.

후면전력 공급장치 역시 차세대 반도체 기술로 손꼽히며 주요 반도체 기업 간 경쟁이 치열한 분야다. 삼성전자와 TSMC도 구체적인 양산 적용계획을 밝히지 않았지만 잇따라 연구 성과를 공개하는 등 공격적인 행보를 보이고 있다. 인텔은 독자적인 후면 직접접촉 기술을 앞세워 경쟁 우위를 확보할 방침이다.

인텔은 이날 실리콘 트랜지스터와 질화갈륨(GaN) 트랜지스터를 통합한 300밀리미터(㎜) 웨이퍼도 소개했다. 'GaN 온 실리콘'이라 불리는 기술로, 전력 반도체에서 많이 활용된다. 인텔은 “실리콘과 GaN의 공정 통합으로 기술적 진전을 달성했으며, 전력공급을 위한 고성능의 대규모 직접 회로 솔루션인 'DrGaN'을 성공적으로 시연했다”며 “미래 컴퓨팅의 높은 전력밀도와 효율성 요구사항에 맞춰 전력공급 솔루션을 구현할 잠재력을 확보했다”고 밝혔다.
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인텔, 시스템반도체 '3D 적층' 승부수

삼성전자는 이번 논문에서 BSPDN 적용을 통해 FSPDN(Front Side Power Delivery Network) 대비 14.8% 면적 축소에 성공했다고 밝혔다. 구체적으로 두 개의 ARM 회로에서 각각 10.6%, 19% 면적을 줄이는 결과를 얻었다. 또 배선 길이도 9.2% 줄였다고 밝혔다.

삼성전자를 비롯한 반도체 업계는 이러한 구조적 한계를 돌파하기 위해 BSPDN 구조에 주목해왔다. BSPDN은 기존 반도체 구조와 달리 신호 라인-트랜지스터-전력 라인 순으로 배치한다. 삼성전자는 이번 논문에서 BSPDN을 통해 웨이퍼 상단의 셀 활용률을 높일 수 있다고 설명했다. 아울러 상호 연결 병목과 비용 등 문제도 해결 가능한 것으로 알려졌다.

BSPDN을 개발 중인 기업은 삼성전자 외에도 TSMC, 인텔 등이 있다. 인텔은 BSPDN을 '파워비아'로 명명하고 있다. 인텔은 지난 6월 파워비아 기술 설명회를 개최하기도 했다. 이들 기업은 2nm 공정부터 BSPDN 적용을 목표로 하고 있다.

한편,  삼성전자는 이번 심포지움에서 발표한 또다른 논문을 통해 BSPDN의 기술적 어려움에 대해 설명하기도 했다. BSPDN 적용시 인장 응력이 작용해 실리콘관통전극(TSV)과 금속층이 분리될 수 있다는 점이다. 삼성전자는 이 문제를 TSV 높이를 줄이거나 폭을 넓혀서 해결할 수 있다고 전했다.

업계에서는 BSPDN 적용을 위해서는 웨이퍼 후면 가공을 위한 화학기계적연마(CMP) 기술, 신호 라인과 전력 라인 연결을 위한 TSV 기술력 확보가 중요하다고 보고 있다

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삼성전자, BSPDN 연구성과 공개…면적ˑ배선길이 문제 개선 - 전자부품 전문 미디어 디일렉