300mm硅中介层，迎来质变

imec在新一代半导体架构领域取得重要进展，其300 毫米射频硅中介层平台完成重大技术升级。该平台经过全新架构设计，可将III-V族化合物Chiplet直接集成在硅基互补金属氧化物半导体（CMOS）基底之上。

这项架构创新主要面向毫米波、亚太赫兹等新一代无线通信技术，同时也能满足高速数据中心持续暴涨的数据传输需求。当前全球通信产业正加速向6G演进，毫米波、亚太赫兹作为核心高频频段，是实现超大带宽、超低时延通信的关键；而云计算、人工智能产业的蓬勃发展，也让数据中心对芯片传输速率、信号稳定性提出了前所未有的要求，imec此次技术升级，精准匹配了两大领域的长期发展需求，为高频半导体系统的规模化落地筑牢了硬件基础。

一、破解高频应用的技术瓶颈

当下通信与计算行业不断向更高频率、更快传输速率演进，传统单片式芯片设计逐渐触及发展天花板。这类方案面临多重硬性限制：功耗持续攀升、制造成本居高不下，电路设计复杂度也不断叠加。在高频工作环境中，单片集成芯片的信号损耗、散热难题会被进一步放大，单纯依靠芯片制程微缩，已经很难兼顾性能、功耗与成本三大核心指标，行业发展亟需全新的技术路线实现突破。

为突破上述困境，业界开始大力发展异质集成技术，核心思路是结合两类材料的优势：将III-V族化合物半导体的高频、大功率性能，与硅基 CMOS 芯片高性价比、可大规模量产的特点融为一体。两种材料特性互补，能够扬长避短，打破单一材料体系带来的技术局限，也是当前高频半导体研发的主流方向。

III-V族化合物材料：代表材料包括磷化铟（InP）、砷化镓（GaAs）、氮化镓（GaN）。这类材料电子迁移率优异，在超高频场景下具备出色的功率承载能力，是射频、功率、高频放大器件的核心选材，不过其原材料与制造工艺成本偏高，并不适合用于大规模数字逻辑电路。

硅基 CMOS：传统硅材料仍是高密度数字运算、逻辑电路的首选，同时具备大规模量产、成本可控的核心优势。经过数十年发展，硅基芯片的制造产业链高度成熟，工艺良率稳定，能够支撑海量通用芯片的生产制造。

在 imec 打造的混合集成架构中，对性能要求极高的高频运算任务，由体积小巧、功能专用的III-V族Chiplet承担；而硅中介层作为底层互联载体，负责搭建复杂的高速互联线路，并集成各类无源器件。这种分工模式让不同材料各司其职，既发挥了III-V族材料的高频性能优势，又依托硅基成熟产业链控制整体成本，最大化释放异质集成的技术价值。

二、平台三大核心技术升级

本次迭代后的射频硅中介层平台，推出三大核心创新技术：高密度嵌入式电容、可扩展高频建模框架、高精度激光辅助键合工艺。三项技术分别从器件集成、设计仿真、封装制造三个维度完成优化，全方位提升平台的实用性、稳定性与量产能力。

1. 集成高密度金属 - 绝缘 - 金属电容，剥离外置无源器件

异质集成方案的主要成本来源之一，是昂贵的III-V族材料占用面积过大。若将电容等无源器件布置在III-V族Chiplet上，会大幅增加高端材料的使用量，推高整体造价。为此，imec 将无源器件从高价Chiplet上剥离，直接嵌入硅中介层内部，有效缩减III-V族Chiplet的尺寸，从源头控制生产成本。

为在压缩体积的同时保证性能，研发团队打造了全新金属 - 绝缘 - 金属（MIM）电容结构。该电容采用先进的铝铪氧化物作为介质材料，依托后端制程（BEOL）在中介层内部制备出复杂三维结构，在大幅缩小占用面积的前提下，实现了电容容量最大化。这种嵌入式设计还能缩短器件之间的互联线路，减少高频信号传输过程中的损耗，进一步优化电路整体性能。

2. 可扩展高频建模框架，提升仿真效率

亚太赫兹频段的电磁波特性模拟难度极大，该频段信号传输规律复杂，传统仿真流程迭代缓慢、重复次数多，整体成本高昂，也会严重拖慢产品研发进度。imec 推出专为中介层无源器件设计的可扩展建模框架，有效解决了这一难题。

该模型经过精度验证，适用频率最高可达 300 吉赫兹，覆盖主流毫米波与亚太赫兹应用场景。电路设计师在迭代设计方案时，可借助它精准预判整套系统的运行表现。高精度预测模型大幅减少了实物测试与重复仿真的工作量，降低研发阶段的时间与资金投入，显著缩短产品上市周期，助力相关技术快速落地商用。

3. 无损激光辅助Chiplet键合工艺

将质地脆弱的化合物半导体Chiplet贴合至硅晶圆，一直是制造环节的一大难题。III-V族化合物晶体结构敏感，传统热键合工艺会产生大范围热应力，极易导致III-V族材料的晶体层变形、开裂甚至损毁，直接影响产品良率。

imec 自研的激光辅助键合技术可将热能精准、快速地作用于Chiplet与中介层的贴合区域，实现局部精准加热，避免热量扩散损伤芯片本体。该工艺的对位精度可达 600 纳米以内，同时完整保护芯片内部敏感功能层。后续多组可靠性测试表明，采用该工艺的产品电学性能稳定、热风险极低，且在全目标高频段内信号反射水平极低，完全满足高频系统的严苛使用要求。

三、Chiplet架构成为行业主流趋势

imec 的本次技术突破，顺应了全球半导体产业的重大变革趋势。依靠单纯缩小芯片尺寸来延续摩尔定律的传统单片式芯片路线，如今边际效益不断递减，成本却持续走高，物理极限与经济成本双重压力日益凸显，Chiplet架构因此成为行业公认的主流发展方向。该架构打破了单片芯片的设计束缚，通过拆分功能、异质集成，为半导体产业开辟了全新增长空间。

imec 本次技术成果证明，具备不同物理特性的各类芯片材料，能够在 300 毫米硅平台上实现无缝集成。300毫米晶圆是当前半导体量产的主流规格，基于该平台的技术方案可直接对接现有产线，具备极强的产业化潜力。这也为下一代信息基础设施发展奠定了基础。该平台的成熟落地，将为亚太赫兹无线网络、高端雷达系统以及新一代超高速数据中心的商业化应用，提供关键技术范本，持续推动高频半导体技术走向规模化、普及化。