浅谈硅光芯片制备工艺与常见失效模式

米格光电平台乘风实验室2019-03-14 15:14:21

上篇文章谈了激光器芯片的制造工艺与常见的失效模式,今天主要谈下硅光芯片的制造工艺与常见失效模式。

硅是CMOS工艺的主体材料,现如今,CMOS工艺已成为超低成本,超高成品率,超小线程以及大规模集成的代表;光指光互连技术,该技术为解决传统电互连技术(超大规模集成电路)固有的互连瓶颈而被提出,具有无延迟,低功耗,高带宽的特点。因此,硅光芯片指的是基于CMOS工艺的光互连芯片。下面,结合经验,分享一些对硅光芯片认识。


一、硅光芯片的技术应用


图1展示了硅光芯片技术主要应用。硅光芯片最早应用于解决高性能计算中的互连瓶颈问题(CPU与内存之间的传输速率限制),并受到了IBM与Intel的推崇,并为此专门打造了新的工艺平台(IBM的90WG与Intel的Hybird III-V/SOI) 。后来,两家风投公司Luxtera与Kotura(13年被Mellanox收购)将硅光技术推广至数据中心短距通信,这一阶段,Luxtera的有源光缆是代表性产品。在此之后,Acacia公司将相干技术引入硅光子芯片,实现了百公里通信,并陆续推出了基于硅光芯片的光模块产品。

图1


现阶段,数据中心与中长距离通信是硅光技术的主要市场,在100G光通信领域,InP平台的DML与EML优势突出,硅光技术市场占有率较低。然而,有人预言硅光技术可能会在400G数据中心与中长距相干通信中迎来爆发。


二、硅光子芯片的制造体系


硅光子芯片是基于CMOS工艺加工的,其制造流程借鉴于IC芯片。图2展示了硅光芯片制造体系。由于起步较完,芯片设计上硅光芯片还没有完整的PDK,尤其在原理图,工艺仿真以及LVS验证三个方面。芯片制造方面,目前,器件制程上,器件最小线宽可以到90nm,晶圆直径可以到300mm;集成密度上,不同Fab陆续展示了硅光芯片与IC芯片的集成与互连方法,期望未来提高器件互连与集成密度。芯片测试方面,晶圆自动化测试是提高测试效率,降低成本的有效措施。尽管市场上已经推出晶圆自动化测试系统,而受限于测试结构与方法,效率仍然不高。

图2


三、硅光子芯片的制造工艺


下面通过胶片的形式展示硅光子芯片的主要制备工艺与常见问题。经验有限,不足之处还请谅解。








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