研发一种未来型的IC
2017/1/23 11:45:58
尽管III-V族器件与CMOS器件的集成整合工作还处于起步阶段，但一个来自新加坡-MIT的联合项目SMART-LEES所研发的新颖IC即将进入市场化应用阶段。
—Compound Semiconductor杂志报道
SMART-LEES项目的目标是开发一种全新的集成电路，当前的研究进程正在逼近这一目标。
来自新加坡-MIT的联合技术研发（ART）中心在开发低功耗电子器件系统时，在一开始就决定要对这项技术进行根本性的改变。
随着摩尔定律的预言即将失效，新加坡政府和MIT在2012年1月建立了联合研究项目SMART-LEES，计划在III-V族和硅材料上制作具有全新结构的集成电路。
根据MIT教授Eugene Fitzgerald的说法，他们仍然会优先利用硅材料来进行这种革新。
Eugene Fitzgerald 说：“硅片代工厂具有CMOS生产的能力，我们不能期待这些工厂仅仅为了迎合大学的科研需求而去改变他们原有的生产工艺”。
“此外，如果有人能够研发出一种新型器件，目前也仍然很难将它们移入到基础生产中去” 。
他补充说道：“所以从资本的观点来看，我们十分清楚，为了一种新器件而去建设全新的生产设施是一件毫无意义的事情”，“所以在项目的一开始我们就提出要将III-V族材料融入到硅器件的成套工艺设计工具中”。
基于这种理念，SMART-LEES项目是由MIT、新加坡国立大学NUS和南洋理工大学NTU联合进行，其研究人员已经和众多工业合作伙伴一起来探索解决这个问题的办法，
该项目中最为主要的合作伙伴有：Global Foundries、新加坡、位于日本的Tower Semiconductor-Panasonic 合资企业、 TPSCo等多家公司。
与此同时，德国的Aixtron、英国的IQE，澳大利亚的ECG以及日本的Samco等公司都先后加入到了该项目所对应的产业链中。
项目还受到IQE、荷兰的Lumileds，美国Analog Devices等的广泛支持，使得SMART-LEES项目具有了更强的影响力
Fitzgerald强调说：“我们专门为各利益相关者建立了董事会，他们很希望能看到该项目的成功”。
他补充道：“由于在材料、器件和电路设计上会相互影响，因此我们将从事这三个领域的研究部门整合成为一个研究团队”。此外，“因为我们不可能对整个CMOS工艺流程进行改动，所以我们开发了一种“�？槭郊庸�”方法” 。
研究人员利用合作伙伴的CMOS前道生产工艺来制作200mm硅晶圆，还利用了目前的CMOS设计工具，在新加坡SMART-LEES 项目的200mm晶圆加工厂中来开发这种新型的IC。
该项目工厂拥有两台AIXTRON CRIUS反应器和原位光学监控器，在那里已经可以对所增添的III-V族器件进行加工。
然后将加工完成后的晶圆再送回到代工厂中进行后道工艺，来将芯片上的III-V族器件和硅CMOS器件进行电学上的互连。
Fitzgerald说道：“我们已经具备了LEES项目所需的工艺条件，因此我们能够加入任何类型的III-V族材料，但还需要做到一点，即看起来这种晶圆就好像是从来没有离开过代工厂一样”。 “所返回的晶圆上具有介质和和接触金属区，使得代工厂可以直接进行后道工艺的加工，就好像它从来没有离开过代工厂一样”。
同时他还补充道：“实际上这样做的主要目的是为了进行一种创新，使之能够精确地迎合未来制造的需求，我们的创新工作主要是围绕在温度和工艺处理方面，其结果都已经达到商业化生产的要求”。
快速的进展
在2012年，LEES项目组开始研究在硅衬底上GaN、GaAs和InP层的生长技术，但是正如Fitzgerald所指出的那样：该项“研究仍在进行中”。研究人员目前正致力于InGaAs和GaN材料的研究，准备将InGaAs HEMT、GaN HEMT和GaN LED集成整合进硅基工艺设计平台中去。
MIT的教授解释道：“我们已经掌握了整套工艺流程，并拥有了齐全的工艺设计工具，包括对晶格失配的工程化处理办法，例如纵横比的确定和缓冲层的变形等技术”。“我们做了很多的外延和晶圆键合上的工作，基本获得了能够制作我们所想要器件的工程化衬底”。
他补充道：“我们先在衬底上进行CMOS工艺加工，然后再制备III-V族器件····，最后再将它们送回到代工厂”，“这样我们就能够首先设计电路，并将它作为真实代工工艺的一部分，但要实现这一点并不容易，因为代工厂并没有为此进行专门的研究，它需要一个独特的工艺”。
显而易见的是，LEES生产模式的主要作用是能够以更快、更容易的方式将这种新型集成电路推向市场，但是究竟何时能够在市场中真正见到这种IC器件？我们坚信将不会太久。
根据Fitzgerald的说法，明年他们将能研制出测试芯片，他很期待着在未来两三年内能看到这种新颖的原型器件能够真正进入实用阶段。
Fitzgerald还说道： “我们已经非常清楚如何来将III-V族器件制作在硅晶圆上，但是当我们实际开始加工后，才发现如何将CMOS转移到这种工程化衬底上是一个完全未知的技术领域”。“但是现在这种晶圆已经能够在我们项目工厂和代工厂之间来回进行加工处理，正是由于有足够大的资金支持，才能够让我们的公司和研究人员能够以这种本来是完全不现实的方式来进行合作”。
他还总结道：“不久之后，我们将会做一件所有人都想做的事情”，“那就是我们将会拥有一个成套的工艺设计工具可同时用于III-V器件和COMS器件的制作”。
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