背面內連線技術(Backside Interconnect)是在半導體晶片矽基板背面(backside)形成金屬導線之技術的總稱。傳統半導體只在電晶體上方的正面(frontside)形成多層金屬導線,導入背面導線後,可從電晶體上下兩面引出導線,同時改善導線密度與電源品質。
背面導線大致分為「背面供電(BSPDN)」與「背面訊號導線」2種。BSPDN是將VDD/VSS電源軌移至背面的技術;訊號導線則是為緩解正面繞線壅塞,將關鍵訊號線路繞至背面的做法。目前主流是BSPDN,但未來也考慮將背面用於訊號導線。
在製程上,將晶圓暫時接合於載體並把背面薄化至數μm~數十μm左右,再形成奈米尺度的通孔,連接正面的電晶體/導線與背面的電源及訊號導線。此製程需要綜合多項高階技術,包括直接接合(銅-銅、氧化膜-氧化膜)、精密晶背研磨與CMP、深通孔蝕刻(高深寬比乾式蝕刻),以及以ALD、PVD進行的薄膜沉積等。
主要晶圓代工廠正在背面內連線技術上展開開發競賽。英特爾的「PowerVia」(用於18A)、台積電的「Super Power Rail(SPR)」(預定用於A16)、三星的「背面電源軌」技術,都已納入各自的藍圖。研究機構imec也主導背面導線的製程研究。
背面內連線技術的普及,將為相關設備與材料供應商帶來龐大的商機。晶圓薄化設備(迪思科、東京精密)、晶圓接合設備(EV Group、SUSS MicroTec、村田機械)、高深寬比蝕刻設備(科林研發、東京威力科創)、ALD設備(應用材料、ASM International)等的需求可望擴大。