Forskere fra franske CEA-Leti præsenterede i uge 25 tre indlæg på “IEEE Symposium on VLSI Technologi and Circuits” konferencen i Honolulu, Hawaii. Præsentationerne omhandler forskningsinstituttets fremskridt inden for 3D integrationen, som er en lovende metode til design af “More than Moore” systemer, specielt inden for integrerede radiofrekvens (RF) systemer. 3D integration muliggør sameksistens af kompakte CMOS transistorer med transistorer lavet af III-V materialer, som kan levere effektniveauer og frekvenser, der er uopnåelige med konventionelle silicium teknologier. Potentielle applikationer inkluderer kommunikation, IoT, medicinsk udstyr og automotive sensorer.
Indlægget med titlen “Hybrid Integration of 3D-RF Interconnects on AlGaN/GaN/Si HEMT RF Transistor featuring 2.2W/mm Psat & 41% PAE @28GHz using a Robust and Cost-Effective Chiplet Heterogeneous Bonding Technique” drejer sig om stakning af en AlGaN/GaN/Si HEMT transistor på co-planare waveguide (CPW) linjer fabrikeret på 200 mm trap-rigt substrat. HEMT enheden og CPW linjerne forbindes med kobberpiller (CuPi) ved brug af en højt ydende heterogen chiplet integrationsproces.
– Takket være CuPi forbindelsernes lave indskudstab (0,1 db ved 28 GHz) samt omhyggelig håndtering af varmeafsætningen i 3D strukturen kan HEMT transistoren opnå en udgangseffekt på 2,2 W/mm ved 10 V og en top PAE på 41 %. RF-ydelsen er på linje med andre 3D løsninger, og vor industrielle 3D løsning er meget lovende til fremstilling af effektive og prisgunstige 3D-RF III-V systemer, sagde Alexis Divay, ledende forfatter af præsentationen.
Det andet indlæg med titlen “First Radio-Frequency Circuits fabricated in top-tier of a full 3D Sequential Integration Process at mmW for 5G applications” beskriver, hvordan 5G-kompatible (30 GHz) RF kredsløb for første gang stakkes direkte overover et arbejdende digitalt kredsløb. Det analoge silicium RF kredsløb, der fremstilles sekventielt ved 500 °C over et digitalt kredsløbslag på en 28 mm FD-SOI industriel platform, har en ydelse på linje med det termiske budget i standard FD-SOI enheder.
– Kredsløbene i både top og bund er fuldt funktionelle med god ydelse efter 3D-Si processen, og vort udviklingsarbejde viser egnetheden af vertikal co-integration uden nogen form for degradering trods den nære tæthed af de to lag. Disse resultater baner vejen for brug af 3D teknologier i RF-applikationer, sagde de ledende forfattere José Lugo og Jean-Baptiste David.
Det tredie indlæg med titlen “Breakthrough processes for Si CMOS devices with BEOL compatibility for 3D sequential integrated More than Moore analog applications” omhandler åbning af såkaldte lavtemperaturs “showstoppere” i analoge højvolts (>2,5 V) BEOL (400 °C) enheder.
– Vi demonstrerer for første gang nanosekund laser-hærdning af epitaxial genvækst i fast form på en komplet enhed, som overgår lavtemperaturen af den dopede teknologiske showstoppers aktivering, påpegede Daphnée Bosch, ledende forfatter af præsentationen.
– Hermed baner CEA-Leti vejen for et andet trin i 3D siliciumintegrationen udviklet med 400 °C enheder, som kan stakkes ovenpå et mindre fleksibelt bundlag, sluttede medforfatter Perrine Batude.
Tekst og foto: Jørgen Sarlvit Larsen
