打造领先工艺平台,助力硅光子和MEMS产业创新

作者: 李志强, 焦斌斌

来源: 中国科学院微电子研究所

发布日期: 2017-06-20 06:56:26

中科院微电子所集成电路先导工艺研发中心发布了基于8英寸CMOS工艺线的硅光子平台和MEMS工艺平台,标志着我国在硅光子和MEMS技术领域的研发能力大幅提高。这些平台将显著提升企业和科研机构在上述领域的研发进度,推动我国光互连和传感器芯片研发和产业化进程。

近日,中科院微电子所集成电路先导工艺研发中心对外发布了基于8英寸CMOS工艺线的硅光子平台和微机电系统(MEMS)工艺平台,开始面向国内外企业开展技术服务,标志着我国在硅光子和MEMS技术领域的研发能力大幅提高,将显著提升企业和科研机构在上述领域的研发进度。

8英寸生产线是目前国际上最先进的主流工艺生产线,它充分利用了集成电路制造技术在微纳加工上的技术积累,在8英寸生产线上开展硅光子和MEMS技术研发,其建设成本与采用12英寸晶圆集成电路生产线相比具有很大优势。

硅光子技术是在后摩尔时代微电子与光电子融合趋势下发展起来的新型技术,它借鉴和利用非常成熟的集成电路技术和制造平台进行集成光路开发,可以像集成电路一样实现低成本、高集成度和大规模量产,被认为是解决光通信和光互连发展瓶颈的关键技术。我国硅光子技术研究基本与国际同步,一些光子器件如调制器、探测器、光处理芯片已跻身世界先进水平。

但国内缺少完善的硅光子制造平台,高端器件的流片工艺基本都在国外进行,面临着价格昂贵、流片时间长、难以定制工艺等问题,很大程度上制约了我国硅光子技术的发展。

微电子所从2015年起,与中电38所、半导体所和武汉邮科院联合开展硅光子工艺技术研发,基于所内8英寸CMOS工艺线开发出成套硅光子工艺模块,在该平台上成功验证了包含单模波导、Y分支、光交叉器、耦合光栅、可调衰减器、锗探测器和调制器的系列硅光子器件。

基于该平台的硅光子工艺模块和已验证器件库,制定了规范的硅光子版图设计规则和工艺流程,形成工艺设计工具包,客户可根据该平台的工艺规范进行硅光子芯片的版图设计。微电子所硅光子平台是国内首个可实现完整硅光子工艺流程的平台,将改变我国硅光子芯片基本在国外流片的局面。

MEMS器件是利用微细加工工艺实现力、热、电、磁、光等多种物理量与电学信号相互转化的传感器或执行器。

相对于传统的传感器和执行器,MEMS传感器和执行器具有器件微型化、低功耗、智能化、阵列化等特点。它采用与CMOS技术兼容的生产技术,可以实现微米级器件尺寸,低功耗,还可以通过把传感器跟控制电路通过穿硅通孔互连,完成3维系统级封装,制成超大传感器阵列。

市场研究机构Yole Development的市场调研统计报告显示,MEMS产品的市场份额以年均13%的速度增长,但器件的平均研发周期长达10年,从研发到大规模商业化应用需要27年之久。不断增长的市场需求与高成本、长周期现状之间的矛盾日益凸显。

微电子所技术团队与江苏艾特曼电子科技有限公司合作,在8英寸CMOS工艺线上开发出一套可满足多种结构相似MEMS器件加工的标准工艺平台技术。

通过制定统一的设计规则与工艺规范,允许在同一套版图中分别设计多个不同种类MEMS器件,并在同一次流片中完成制造,方便客户开展低成本的新产品研制。该平台技术采用了单晶硅键合技术,具有悬臂梁中无残留应力,工艺均匀性好等优点。该平台还可提供为监控制程中的各关键步骤设计的工艺监控测量测试结构和针对流程中各工序的统一的设计规则。

利用MEMS标准工艺平台可简化MEMS器件开发工艺,缩短开发的周期,降低开发成本,加快研发进度。上述工艺平台采用同一工艺研发线,分别针对硅光子芯片技术和MEMS传感器制造工艺开发了专属技术流程,能够为有硅光子和MEMS新产品制造技术研发需求的企业和科研单位提供研发服务和小批量代工生产,将有力推动我国光互连和传感器芯片研发和产业化进程。

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