Imec permet l'intégration de III-V-Chiplets sur Si-CMOS. permet grâce au développement de sa plateforme d'interposers RF en silicium de 300 mm avec des MIMCAPs à haute densité, une modélisation passive et un collage assisté par laser

MIMCAP à haute densité dans un interposeur en silicium de 300 mm

MIMCAP à haute densité dans un interposeur en silicium de 300 mm

– Imec développe son interposeur en silicium RF de 300 mm en une plateforme unique à l’échelle du système pour l’intégration hétérogène de chiplets III-V sur Si-CMOS – dans le but de couvrir les applications dans le domaine des communications mmWave/sub-THz ainsi que les applications à haute vitesse dans les centres de données.
– Une nouvelle architecture MIMCAP offre une augmentation de 10 à 100 fois de la densité de capacité par rapport aux condensateurs typiques sur puce dans les technologies III-V, permettant ainsi des conceptions plus compactes et moins coûteuses.
– Un cadre de modélisation évolutif pour les interposeurs RF passifs, validé jusqu’au domaine du sub-THz, réduit considérablement le temps de développement.
– La liaison par laser assistée permet l’assemblage de chiplets III-V sur des empilements d’interposeurs avec une forte proportion de composants passifs, sans compromettre les budgets thermiques ni endommager les couches sensibles à la température.

Imec, un centre mondial de recherche et d’innovation leader dans les technologies avancées de semi-conducteurs, développe son interposeur en silicium HF de 300 mm en une plateforme à l’échelle du système pour l’intégration hétérogène de chiplets III-V sur Si-CMOS. Grâce à la combinaison unique de condensateurs intégrés à haute densité, d’un cadre de modélisation évolutif pour les composants passifs et de la liaison par laser assistée pour l’assemblage de chiplets III-V, la plateforme pose les bases pour les systèmes sans fil de nouvelle génération (mmWave et sub-THz) ainsi que pour le traitement du signal en HF de qualité pour des applications ultra-rapides dans les centres de données.

Alors que les systèmes sans fil s’avancent de plus en plus dans la gamme de fréquences mmWave et sub-THz et que les interfaces électroniques et photonique dans les centres de données atteignent leurs limites, il devient de plus en plus difficile d’assurer un traitement du signal performant sans augmenter la complexité de l’intégration système, les coûts, la consommation électrique et l’espace requis.

Une solution prometteuse consiste à combiner la supériorité en amplification, puissance et efficacité des matériaux III-V – tels que InP, GaAs et GaN – avec la scalabilité et l’efficience économique de la technologie Si-CMOS. Une intégration hétérogène basée sur des chiplets sur un interposeur en silicium RF puissant permet cela : les fonctions critiques en puissance sont réalisées dans des chiplets III-V compacts, tandis que l’interposeur fournit des connexions à faible perte et héberge les autres composants passifs.

Imec a continuellement développé une telle plateforme. En 2024, l’entreprise a démontré l’intégration transparente de chiplets InP sur un interposeur en silicium HF de 300 mm avec une perte d’insertion négligeable à 140 GHz. En 2025, elle a étendu cette plateforme à une perte d’insertion record jusqu’à 325 GHz. Aujourd’hui, imec enrichit cette plateforme avec trois nouveaux composants complémentaires : des condensateurs intégrés à haute densité, un cadre de modélisation évolutif pour les composants passifs et la liaison par laser assistée pour l’assemblage de chiplets III-V.

Une augmentation de 10 à 100 fois de la densité de capacité MIMCAP pour une compacité et une efficacité accrues

« Un levier clé pour réduire la taille et le coût des chiplets III-V est la délocalisation des composants passifs – comme les condensateurs de découplage – sur l’interposeur en silicium HF », explique Xiao Sun, membre principal du personnel technique chez imec. « Dans une contribution présentée lors de la conférence IMS/RFIC de cette année, nous montrons comment la combinaison de cette approche de délocalisation avec une nouvelle architecture MIMCAP permet une augmentation de 10 à 100 fois de la densité de capacité par rapport aux condensateurs typiques sur puce dans les technologies III-V. Cela permet des conceptions système plus compactes et plus économiques, tout en améliorant l’alimentation en énergie pour les systèmes de communication mmWave/sub-THz et les applications à haute vitesse dans les centres de données. »

La nouvelle architecture de condensateurs MIM (MIMCAP) d’Imec combine un diélectrique à haute constante diélectrique à base d’aluminium-hafnium-oxydes avec des structures oxydes en 3D (3D Oxide-Stud) en back-end-of-line (BEOL).

Un cadre de modélisation pour la conception calculable de composants passifs jusqu’aux fréquences du sub-THz

En complément de ces efforts, imec a récemment présenté un cadre de modélisation pour les interposeurs RF passifs, validé jusqu’au domaine du sub-THz (~300 GHz). Le modèle d’Imec permet aux développeurs de prévoir précisément la performance des circuits lors de modifications de géométrie, sans avoir à simuler ou mesurer chaque variation, ce qui réduit considérablement le temps de développement.

Jusqu’à présent, le cadre d’Imec se concentre sur la performance des lignes de transmission – mais il constitue la base d’une bibliothèque de conception complète, actuellement étendue à d’autres composants passifs, notamment les inductances et les MIMCAP.

La liaison par laser assistée permet l’assemblage de systèmes de chiplets III-V riches en composants passifs

Enfin, imec a démontré l’utilisation de la liaison par laser assistée pour l’intégration de chiplets III-V sur son interposeur en silicium RF, permettant l’assemblage de chiplets sur un empilement complexe riche en composants passifs, sans compromettre le budget thermique ni endommager les couches sensibles à la température de l’interposeur.

L’approche d’Imec atteint une précision d’alignement inférieure à 600 nm et une déviation de rotation inférieure à 0,05° sur 43 composants. Des mesures HF confirment la performance obtenue après montage, avec une réflexion inférieure à −15 dB dans la gamme de 110–170 GHz, montrant une voie viable vers des systèmes RF entièrement montés, basés sur des chiplets.

Xiao Sun : « Avec ce travail, nous présentons une plateforme intégrée unique, combinant performance, évolutivité et fabricabilité. Notre objectif principal est de faire progresser la maturité technologique de la plateforme et de soutenir la fabrication en petites séries – afin que nos partenaires puissent plus facilement développer et faire évoluer des systèmes RF de nouvelle génération. »

Pour plus de détails techniques, les intéressés peuvent consulter les contributions actuelles d’Imec présentées lors de l’IMS et de l’ECTC 2026.