imec整合磷化銦小晶片與RF矽中介層 達到140GHz高頻的優異性能
前言：
運用射頻（RF）矽中介層技術來整合高性能三五族小晶片與矽基晶圓級封裝技術，為經濟高效的毫米波通訊和感測技術發展鋪平道路。
2024年12月9日--於本周舉行的IEEE國際電子會議（IEDM），比利時微電子研究中心（imec）發表多項有關磷化銦（InP）小晶片在12吋射頻（RF）矽中介層之上進行異質整合的重大進展。這些小晶片在整合後的140GHz插入損失僅有0.1dB，微乎其微。除此之外，在組裝一顆磷化銦（InP）兩級功率放大器之後，性能也未出現衰退。imec的研究成果率先實現這點，為開發100GHz以上高頻通訊和雷達感測應用的緊湊型高能源效率模組立下重要的里程碑。
為了滿足更高速資料傳輸、更大寬頻和先進成像的需求，新一代通訊和（雷達）感測系統勢必要利用更高的頻段。此次轉變需要緊湊型且經過成本優化的高能源效率元件，這些元件不僅更高速運作，也傳輸比現有技術還高的輸出功率。
imec認為異質三五族／矽基CMOS技術是一條發展可期的路徑，尤其是磷化銦（InP）在毫米波和次太赫茲（sub-THz）頻段具備高增益和功率效率，所以突顯了開發潛能。然而，現有的磷化銦技術有些缺點，例如採用小尺寸晶圓和經過電子束微影的處理，同時設計區域還有一大部分由被動元件和基於金（Au）的後端電路所佔據—使得磷化銦應用受限於小眾市場。
imec技術研究員Siddhartha Sinha解釋：「imec在必要時善用磷化銦（InP）來發揮其無可取代的性能，藉此，我們持續為可擴充且符合成本效益的毫米波和次太赫茲的解決方案創造發展條件。這也是採用小晶片方法越來越不可或缺的所在。」
RF矽中介層與InP小晶片整合 140GHz運作插入損失僅0.1dB 結合InP功率放大器未出現性能衰退
奠基於在矽中介層技術方面的領先地位，imec現已為實現新一代射頻應用來調適其在2.5D技術方面的專業知識，為毫米波與次太赫茲訊號實現超低損耗和緊湊型整合。
Siddhartha Sinha表示：「矽中介層一直是數位和高效能運算應用案例的關鍵。imec在開發其背後的推動技術方面累積了廣泛的專業知識，例如微縮的微凸塊、高深寬比的矽穿孔以及多層銅鑲嵌佈線，以滿足這些應用對高密度佈線的需求。而利用這方面的知識，我們現在持續把矽中介層技術改用於射頻應用，透過新增採用類似於CMOS製程的小型高性能磷化銦（InP）小晶片來予以調適。
為了為毫米波訊號佈線，imec的射頻中介層在一層數位中介層上方增加數個具備低損耗的射頻層。利用40微米（µm）覆晶間距的小尺寸內連導線，磷化銦小晶片和射頻中介層之間的被動互連在140GHz操作頻率下顯示只有0.1dB的插入損失—微不足道。另外，在組裝一顆磷化銦兩級功率放大器後，該元件並未出現性能衰退，展示優異性能，證實採用磷化銦小晶片的可行性。
未來發展：促進磷化銦與CMOS製程模組和工具集的相容性
基於imec研究人員在IEEE國際電子會議（IEDM）上發表的研究成果，他們持續在更大規模的研究計畫中深入探索中介層的進階技術，以促使磷化銦與CMOS製程模組和工具集相容。
Siddhartha Sinha表示：「除了開發毫米波相位陣列和雷達應用的展示元件，我們的目標是進一步縮小磷化銦小晶片的尺寸，同時維持其優越的射頻性能。我們也計畫在該平台新增矽基射頻中介層的新功能，包含像是感應器和MIM電容（MIMCAP）等被動元件，以及矽穿孔整合和晶圓研磨。」
他總結：「與此同時，我們正在開放上述平台給合作夥伴來建立原型，讓他們嘗試使用imec的射頻矽中介層開發平台。」“
有關比利時微電子研究中心（imec）先進射頻（RF）研發計畫的更多資訊，或是取得其矽基射頻中介層的研發平台，請造訪https://www.imec-int.com/en/expertise/solutions-5g-and-wireless-iot-communication/beyond-5g-technology。
這些研究成果將於12月10日星期二台北時間早上5:35~6:00的一場IEEE國際電子會議（IEDM）技術研討會上深度探討。更多資訊請見9-1 | 推動毫米波應用 磷化銦（InP）小晶片與12吋射頻（RF）矽中介層的異質整合-2024年IEEE國際電子會議（IEDM）
比利時微電子研究中心（imec）簡介
比利時微電子研究中心（imec）是在奈米電子與數位科技領域中領先世界的研究與創新中心。憑藉先進研發設備以及5500多名員工和頂尖研究人員組成的團隊，imec的研究技術包括先進半導體和系統微縮技術、矽光子、人工智慧、超5G通信和感測技術，並延伸其他領域的應用, 如健康與生命科學、交通運輸、工業4.0、農糧產業、智慧城市、永續能源、教育等應用領域。 imec結合了整個半導體核心價值鏈中的先行者、以佛蘭德斯為根基加上國際級科技、製藥、醫療和ICT公司，新創產業以及學術機構和研究中心。imec的總部位於比利時魯汶，在比利時、荷蘭、英國和美國設有研究機構，並在三個大洲設有辦事處。2023年，imec的收益（損益表）總計9.41億歐元。
有關比利時微電子研究中心（imec）的更多訊息，請到官網www.imec-int.com。
