Imec maakt de integratie van III-V-chiplets op Si-CMOS mogelijk. mogelijk door de verdere ontwikkeling van zijn 300-mm RF-silicium-interposer-platform met hoogdichte MIMCAPs, passieve modellering en laserondersteunde bonding

MIMCAP met hoge dichtheid in een 300-mm silicium-interposer

MIMCAP met hoge dichtheid in een 300-mm silicium-interposer

– Imec ontwikkelt zijn 300-mm RF-silicon interposer verder tot een uniek systeemplatform voor de heterogene integratie van III-V-chiplets op Si-CMOS, met als doel toepassingen op het gebied van mmWave-/Sub-THz-communicatie en high-speed toepassingen in datacenters te ondersteunen.
– Een nieuwe MIMCAP-architectuur biedt een 10- tot 100-voudige verhoging van de capaciteitdichtheid in vergelijking met typische on-chip condensatoren in III-V-technologieën, waardoor compactere en kosteneffectievere ontwerpen mogelijk zijn.
– Een schaalbaar modelleringframework voor passieve RF-interposers, gevalideerd tot in het Sub-THz-bereik, verkort de ontwikkeltijd aanzienlijk.
– Laserondersteund binden maakt het mogelijk om III-V-chiplets op interposer-stapels met een hoog aandeel passieve componenten te monteren, zonder de thermische budgetten te beïnvloeden of temperatuurgevoelige lagen te beschadigen.

Imec, een wereldwijd toonaangevend onderzoeks- en innovatiecentrum voor geavanceerde halfgeleidertechnologieën, ontwikkelt zijn 300-mm HF-silicon interposer verder tot een systeemplatform voor de heterogene integratie van III-V-chiplets op Si-CMOS. Door de unieke combinatie van hoogdichte ingebedde condensatoren, een schaalbaar modelleringframework voor passieve componenten en laserondersteund binden voor de montage van III-V-chiplets, legt het platform de basis voor draadloze systemen van de volgende generatie (mmWave en Sub-THz) en voor signaalverwerking van HF-kwaliteit voor ultrasnelle datacenter-toepassingen.

Aangezien draadloze systemen steeds verder doordringen in het mmWave- en Sub-THz-frequentiebereik en elektronische en fotonische interfaces in datacenters steeds meer hun grenzen bereiken, wordt het steeds moeilijker om krachtige signaalverwerking te garanderen zonder de complexiteit van systeemintegratie, kosten, stroomverbruik en ruimtegebruik te verhogen.

Een veelbelovende oplossing is het combineren van de superieure versterking, prestaties en efficiëntie van III-V-materialen – zoals InP, GaAs en GaN – met de schaalbaarheid en kostenefficiëntie van Si-CMOS-technologie. Een chiplet-gebaseerde heterogene integratie op een krachtig RF-silicon interposer maakt dit mogelijk: kritische prestatiefuncties worden uitgevoerd in compacte III-V-chiplets, terwijl de interposer verliesarme verbindingen biedt en de overige passieve componenten huisvest.

Imec heeft zo'n platform continu verder ontwikkeld. In 2024 demonstreerde het bedrijf de naadloze integratie van InP-chiplets op een 300-mm HF-silicon interposer met verwaarloosbare insertieverliezen bij 140 GHz. In 2025 verhoogde het de recordlaagste insertieverliezen van het platform tot 325 GHz. Nu breidt imec dit platform uit met drie nieuwe, complementaire componenten: hoogdichte ingebedde condensatoren, een schaalbaar modelleringframework voor passieve componenten en laserondersteund binden voor de montage van III-V-chiplets.

Een 10- tot 100-voudige verhoging van de capaciteitdichtheid van MIMCAP voor verhoogde compactheid en kostenefficiëntie

“Een cruciale hefboom om de grootte en kosten van III-V-chiplets te verminderen, is het uitbesteden van passieve componenten – zoals decoupling condensatoren – aan de HF-silicon interposer,” legt Xiao Sun uit, Principal Member of Technical Staff bij imec. “In een bijdrage die we op de IMS/RFIC-conferentie van dit jaar hebben gepresenteerd, laten we zien hoe de combinatie van deze uitbestedingsaanpak met een nieuwe MIMCAP-architectuur een 10- tot 100-voudige verhoging van de capaciteitdichtheid mogelijk maakt in vergelijking met typische on-chip condensatoren in III-V-technologieën. Dit stelt ons in staat om compacter en kosteneffectiever systeemontwerp te realiseren en verbetert de stroomvoorziening voor mmWave- en Sub-THz-communicatiesystemen en high-speed toepassingen in datacenters.”

De nieuwe MIM-condensatorarchitectuur (MIMCAP) van imec combineert een high-k-dielektricum van aluminiumhafniumoxide met driedimensionale (3D) oxidestucturen in de back-end-of-line (BEOL).

Een modelleringframework voor de berekenbare constructie van passieve componenten tot in het Sub-THz-bereik

Naast deze inspanningen heeft imec onlangs een modelleringframework voor passieve RF-interposers geïntroduceerd, dat gevalideerd is tot in het Sub-THz-bereik (~300 GHz). Het model van imec stelt ontwikkelaars in staat om de schakelingprestaties nauwkeurig te voorspellen bij geometrieveranderingen, zonder elke variatie opnieuw te hoeven simuleren of meten, wat de ontwikkeltijd aanzienlijk verkort.

Tot nu toe richt het framework van imec zich op de prestaties van transmissielijnen, maar vormt het de basis voor een uitgebreide ontwerp-bibliotheek die momenteel wordt uitgebreid met andere passieve componenten, waaronder inducties en MIMCAPs.

Laserondersteund binden maakt de montage van passieve componentenrijke III-V-chiplet-systemen mogelijk

Tot slot demonstreerde imec het gebruik van laserondersteund binden voor de integratie van III-V-chiplets op zijn RF-silicon interposer, wat de montage van chiplets op een complexe, passiefcomponent-rijke stapel mogelijk maakt zonder het thermische budget te beïnvloeden of temperatuurgevoelige lagen te beschadigen.

De aanpak van imec bereikt een uitlijningsnauwkeurigheid van minder dan 600 nm en een rotatieafwijking van minder dan 0,05° over 43 componenten. HF-metingen bevestigen de behaalde prestaties na montage met een reflectie van minder dan −15 dB in het bereik van 110–170 GHz, wat een haalbare weg wijst naar volledig gemonteerde, op chiplets gebaseerde RF-systemen.

Xiao Sun: “Met dit werk presenteren we een uniek geïntegreerd platform dat prestaties, schaalbaarheid en produceerbaarheid combineert. Onze volgende prioriteit is het verder ontwikkelen van de technologische rijpheid van het platform en het mogelijk maken van ondersteuning voor kleine series, zodat onze partners gemakkelijker RF-systemen van de volgende generatie kunnen ontwikkelen en opschalen.”

Voor meer technische details kunnen geïnteresseerden de recente conferentiebijdragen van imec bekijken, die zijn gepresenteerd op IMS en ECTC 2026.