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导读

在我投身于半导体设备行业的初期，晶圆背面的管理曾是一个棘手的问题。一次意外事件——几片晶圆在传输过程中从机器人刀片上脱落——给我留下了深刻的记忆。这次事件促使我们探索了在晶圆背面沉积薄膜的可能性，以期降低摩擦系数，从而改善晶圆的移动效率。

在解决这一问题的过程中，我们采取了放慢晶圆传输速度的措施。然而，这一举措却让我们的客户经理感到困扰，因为他们需要向客户解释产量下降的原因。尽管起初的应对策略并不尽如人意，但在2010年代初，随着Xilinx Virtex-7系列FPGA的问世，我对晶圆背面的关注再次升温。

晶圆背面的新篇章

Xilinx Virtex-7系列FPGA的推出标志着“堆叠硅互连技术”在异构集成领域的首次应用。这项技术通过硅中介层实现了不同FPGA组件间的信号传输与电力分配，该中介层由硅通孔（TSV）构成，其设计旨在部分穿透硅晶圆，并在顶部构建信号重布线层。这一创新不仅要求对晶圆背面进行精细的工艺处理，还包括了硅通孔两端的连接过程：首先，将晶圆正面暂时粘贴到一个载体晶圆上，然后将硅中介层倒置，进行后续工艺处理，最后通过背面研磨和蚀刻暴露出硅通孔。我虽在此阶段离开了行业，但回到研究生院后，硅通孔的金属化成为了课堂上的热点话题，而随着异构集成技术的发展，晶圆背面逐渐成为工程师们探讨的焦点。

探索背面供电的潜力

尽管Xilinx的解决方案依赖于硅中介层，直接在晶圆背面进行电气布线的方案则预示着未来发展的新趋势。背面供电是一种独特的架构，其供电系统不再局限于传统的正面后道工序，而是转向了背面。这种架构有望减少电源轨与有源器件之间的电压损耗，进一步提升系统的能效。IMEC在鳍片架构中引入埋入式电源轨便是这一理念的实践之一。通过将导轨置于鳍片之间，类似于DRAM的埋入式字线布局，实现了在器件晶圆背面创建硅通孔，进而连通埋入式导轨，以支持供电需求。

面向未来的展望

考虑到性能提升的需求，晶圆背面的空间展现出巨大的发展潜力。将电源轨移至背面不仅能缓解晶圆正面的拥堵状况，促进单元微缩，还能有效减少电压降。全球领先的半导体企业已认识到背面供电的优势所在，并积极投入研发。例如，英特尔在2021年中期宣布采用“PowerVia”技术进行晶圆背面供电，而台积电也计划在其下一轮技术节点中引入埋入式电源轨。随着技术的不断演进，我们对晶圆背面的未来发展充满期待。