BSPDN (Back Side Power Delivery Network) 이란?
BSPDN에 대해 알아보기
BSPDN (Back Side Power Delivery Network) 이란?
반도체 칩을 동작시키기 위해서는 트랜지스터에 전력을 공급하기 위한 전력선(Power Rail)과 연산 결과를 전송하기 위한 신호선(Signal Line)이 필요합니다.
이와 같은 전력선과 신호선은 다층의 금속 배선(Routing)을 통해 구현되는데, 두개의 선을 모두 Wafer의 전면(Front Side)에 배치하는 방식을 FSPDN (Front Side Power Delivery Network), 전력선을 Wafer의 후면(Back sdie)에 배치해서 신호선과 분리하는 방식을 BSPDN (Back side Power Delivery Network)이라고 합니다.
반도체 공정이 점점 미세화됨에 따라(노드가 작아질수록) 트랜지스터의 집적도가 증가하고, 동일한 면적에 배치해야 할 신호선과 전력선의 수 또한 증가하면서 배선은 얇아지고 간격은 더 좁아지게 됩니다. 이로 인해 기존의 FSPDN 방식에서는 아래와 같은 문제가 점점 더 커지고 있습니다.
FSPDN 방식의 한계점 (by ChatGPT)
- 신호 간섭
- 신호선과 전력선이 매우 가까운 거리에 배치되면서 기생 커패시턴스 및 인덕턴스가 증가하고 이로 인한 신호 왜곡 및 전력 노이즈 유발- IR Drop 증가
- 금속 배선이 얇아지고 길어지면서 배선의 저항이 커지고 이로 인한 IR Drop(전압 강하) 증가
- 트랜지스터에 도달하는 전압이 일정하지 않게 되어, 성능 저하 및 전력 낭비 발생- 발열 및 신뢰성 문제 증가
- IR Drop으로 인한 발열 문제 증가
- 높은 전류 밀도로 인한 Electromigration(EM) 등 신뢰성 문제 발생
이러한 문제를 해결하기 위해 도입된 기술이 BSPDN으로 전력선을 Wafer 후면에 배치하여 신호선과 전력선 간의 간섭을 줄이고, IR Drop 및 발열을 감소시키며, Wafer 전면부의 Routing 혼잡도를 개선할 수 있다는 장점이 있습니다.
그러나, Wafer 후면 공정 추가로 인한 비용 문제뿐만 아니라, Bonding, Grinding, Overlay 등의 기술적 어려움 등 아직 해결해야 할 과제가 많이 남아있습니다. 현재 주요 파운드리 기업들이 BSPDN 기술을 활발히 연구·개발 중이며, 향후 차세대 반도체 설계 및 제조에서 핵심적인 역할을 할 것으로 예상됩니다.