Imec借助射频硅中介层，推进三五族芯粒集成技术

比利时半导体研究中心艾迈斯（Imec） 再度取得技术突破，其300 毫米射频硅中介层平台实现技术升级，可在系统层面完成三五族（III-V）芯片粒与硅基 CMOS 工艺的异构集成。该技术主要面向毫米波、亚太赫兹（sub-THz）新一代无线通信场景，同时也能满足下一代数据中心的高速信号传输需求

本次技术升级融合高密度嵌入式电容、可扩展无源器件建模框架以及激光辅助键合工艺三大核心技术。整套方案旨在提升系统性能的同时，降低异构集成的成本与设计复杂度。对于射频设计、先进封装以及半导体制造领域的从业者而言，这项成果提供了将磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）等三五族半导体材料与主流硅 CMOS 平台融合的实用方案，也清晰展现了芯片粒架构的演进方向，可有效破解通信、数据中心基础设施中的性能瓶颈。

一、高密度无源器件：助力芯片粒小型化

随着无线通信频率不断攀升，设计人员愈发难以在性能、功耗、芯片尺寸与制造成本之间实现平衡。艾迈斯采用差异化设计思路：将对性能起决定性的核心功能保留在紧凑型三五族芯片粒内部，把各类无源器件转移至低损耗射频硅中介层上，以此优化整体架构。

本次研发的一大亮点是全新金属 - 绝缘 - 金属电容（MIMCAP） 结构。该结构在芯片后端制程中，结合高介电常数铝铪氧介质层与三维氧化柱结构，大幅提升电容性能。

艾迈斯资深技术专家孙晓（Xiao Sun）表示：“将去耦电容等无源器件外置于射频硅中介层，是缩小三五族芯片粒尺寸、控制成本的关键手段。在本年度国际微波研讨会 / 射频集成电路研讨会（IMS/RFIC）上，我们公布了相关研究成果：结合外置无源器件方案与新型 MIMCAP 结构后，电容密度较传统三五族片上电容提升 10 至 100 倍。这不仅能打造更紧凑、高性价比的系统，还可优化毫米波、亚太赫兹无线设备以及高速数据中心的供电网络。”

艾迈斯指出，电容密度的大幅提升可有效缩减芯片粒面积，同时优化整机能效，在高端无线通信、光互联场景中优势尤为突出。

二、建模与键合工艺双重突破

（一）射频无源器件建模框架

配合新型电容技术，艾迈斯推出一套射频中介层无源器件建模框架，其有效验证频率可达 300 吉赫兹（GHz）。借助该工具，设计人员无需对每一种结构方案反复仿真、实测，就能预判不同几何结构下的电路性能，显著缩短研发周期。

目前该框架主要针对传输线完成适配，艾迈斯计划持续扩充设计库，后续将纳入电感、金属 - 绝缘 - 金属电容等更多无源器件模型。

（二）激光辅助键合工艺

在芯片粒封装环节，艾迈斯实现了激光辅助键合技术的工程应用，可将三五族芯片粒精准贴合至射频硅中介层。该工艺能够在元器件堆叠密集、结构复杂的中介层上完成芯片粒组装，同时规避热敏薄膜受损问题，全程保持较低热预算。

实测数据显示：该工艺对 43 颗器件完成组装后，对位精度优于 600 纳米，旋转偏差小于 0.05°。完成键合后的射频性能测试结果理想，在 110 吉赫兹至 170 吉赫兹频段内，信号反射系数低于 - 15 分贝，证明键合过程不会损伤芯片粒原有射频性能。

三、迈向可量产的射频芯片粒系统

本次新技术是艾迈斯多年技术积累的延续。2024 年，该机构率先实现磷化铟芯片粒在 300 毫米射频硅中介层上的集成，140 吉赫兹频段下插入损耗几乎可以忽略不计；2025 年，平台低损耗工作频段进一步拓展至 325 吉赫兹，持续刷新行业纪录
。

孙晓补充道：“我们打造出一套兼顾高性能、可扩展性与量产能力的一体化平台。下一阶段，我们将持续提升该技术的成熟度，推进小批量量产落地，助力合作伙伴快速完成下一代射频系统的研发与规模化部署。”

凭借无源器件集成、仿真建模工具、先进键合工艺的三位一体技术方案，艾迈斯的射频硅中介层技术，有望成为未来毫米波、亚太赫兹无线设备以及高速数据中心系统的核心底层平台。