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比利時研究中心Imec在基于高頻芯片的系統領域又邁出了重要一步，擴展了其300毫米射頻硅中介層平臺，以支持采用Si-CMOS技術的III-V族芯片的系統級集成。該研發成果旨在滿足新興的毫米波和亞太赫茲無線應用需求，以及下一代數據中心的高速信號處理需求。
最新進展結合了高密度嵌入式電容器、可擴展的無源元件建模框架以及用于 III-V 族芯片組裝的激光輔助鍵合技術。這些技術的共同目標是在提高性能的同時，降低異構集成的成本和復雜性。
對于從事射頻設計、先進封裝和半導體制造的eeNews Europe讀者而言，此次公告重點介紹了將 InP、GaAs 和 GaN 等 III-V 族材料與主流 CMOS 平臺集成的實用方法。此外，它還深入探討了芯片架構如何演進以解決通信和數據中心基礎設施中的性能瓶頸。
用于更小芯片的高密度被動元件
隨著無線系統向更高頻率發展，設計人員在平衡性能、功耗、尺寸和制造成本方面面臨著日益嚴峻的挑戰。Imec 的方案將性能關鍵功能保留在緊湊的 III-V 芯片內，同時將無源元件移至具有低損耗互連的硅中介層上。
其中一項關鍵改進是采用了一種新型金屬-絕緣體-金屬電容器（MIMCAP）架構。該設計將高介電常數鋁-氧化鉿介質與后端工藝中的三維氧化物凸點結構相結合。
“降低III-V族芯片尺寸和成本的關鍵在于將無源元件（例如去耦電容）卸載到射頻硅中介層上，”肖孫表示。“在今年的IMS/RFIC會議上發表的一篇論文中，我們展示了如何將這種卸載方法與新型MIMCAP架構相結合，與III-V族技術中典型的片上電容相比，電容密度可提高10到100倍。這有助于實現更緊湊、更經濟高效的系統設計，并改善毫米波和亞太赫茲無線系統以及高速數據中心應用的供電性能。”
Imec 表示，電容密度的增加可以顯著減小芯片面積，同時提高整體系統效率，尤其適用于先進的無線和光互連應用。
建模和鍵合進展
為了完善電容器技術，Imec 推出了一種用于射頻中介層無源元件的建模框架，該框架已在高達約 300 GHz 的頻率范圍內得到驗證。該框架使設計人員能夠預測不同幾何形狀的電路性能，而無需重復仿真或測量每種設計變體，從而有助于縮短開發時間。
該框架目前側重于傳輸線，但Imec計劃將其擴展到更廣泛的設計庫，其中還將包括電感器和MIM電容器。
在封裝方面，Imec公司展示了用于將III-V族芯片集成到射頻硅中介層的激光輔助鍵合技術。該技術能夠將芯片安裝在復雜的、富含被動元件的堆疊結構上，同時避免損壞溫度敏感層，并保持較低的熱預算。
該工藝在43個器件中實現了優于600nm的對準精度和低于0.05°的旋轉偏差。組裝后的射頻測量結果顯示，在110 GHz至170 GHz頻段內反射率低于-15 dB，表明芯片在鍵合過程中性能得以保持。
面向可制造的基于芯片的射頻系統
這項最新成果建立在Imec此前取得的里程碑式成就之上。2024年，該機構展示了在300mm射頻硅中介層上集成InP芯片，并在140GHz頻率下實現了可忽略不計的插入損耗。2025年，他們將該平臺的低損耗性能擴展至325GHz。
“通過這項工作，我們展示了一個獨特的集成平臺，該平臺集性能、可擴展性和可制造性于一體。我們的下一個重點是進一步提升該平臺的技術成熟度，并支持小批量生產——幫助我們的合作伙伴更輕松地開發和擴展下一代射頻系統，”孫說道。
Imec 將被動集成、預測設計工具和先進的組裝技術結合在一個平臺上，使其成為未來毫米波、亞太赫茲和高速數據中心系統的潛在基礎。
（來源：編譯自eenewseurope ）
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