國家信息光電子創(chuàng )新中心攜手蘇州伊歐陸聯(lián)合發(fā)布硅光晶圓測試解決方案

  ICC訊 硅光技術(shù)是指研究和利用硅材料中的光子、電子、及光電子器件的工作機理和光電特性，采用CMOS兼容的微納米加工工藝，在硅晶圓上開(kāi)發(fā)制備光電子芯片的技術(shù)。硅光芯片既擁有集成電路技術(shù)的超大規模、超高精度制造的特性，還具有光子技術(shù)超高速率、超低功耗的優(yōu)勢，是光電子與微電子融合的重要發(fā)展方向，在新一代通信、數據中心、超級計算機、消費電子、生物醫療、量子技術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。近年來(lái)，在全球通信設備商、光器件廠(chǎng)商、半導體企業(yè)的共同推動(dòng)下，硅光芯片已經(jīng)在光通信和數據中心設備中實(shí)現商業(yè)應用，硅光產(chǎn)業(yè)鏈也日臻成熟。然而，面對硅光芯片集成度和復雜日益增高、需求量迅猛增長(cháng)、成本預算不斷縮減等趨勢，硅光測試測量技術(shù)和方法已成為限制硅光產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一大短板，是困擾硅光子產(chǎn)品實(shí)現海量出貨的主要難題。

  國家信息光電子創(chuàng )新中心(NOEIC)是國內最早探索硅基光電子測試測量解決方案的單位之一，在硅光子技術(shù)上耕耘多年，積累了豐富的設計與測試經(jīng)驗，已形成一套完整可靠的晶圓級自動(dòng)化硅光子測試方案，能支持各類(lèi)無(wú)源波導器件、高速調制和探測、熱光和電光調諧器件、片上光源等各類(lèi)元器件特性的快速精準分析，并開(kāi)始向重要的產(chǎn)業(yè)客戶(hù)和晶圓廠(chǎng)提供服務(wù)。

  蘇州伊歐陸系統集成有限公司(Eoulu)是一家致力于半導體晶圓在片測試測量的高科技公司，在半導體和光電測試領(lǐng)域有著(zhù)豐富的經(jīng)驗，目前為客戶(hù)完成的在片測試測量解決方案已超過(guò)50個(gè)，可以為客戶(hù)提供可信賴(lài)的高效的晶圓在片測試測量服務(wù)。

  為加快推動(dòng)硅光子技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，建立健全硅光產(chǎn)業(yè)鏈，國家信息光電子創(chuàng )新中心與蘇州伊歐陸公司強強聯(lián)合，共同研制出國內首套商用級8-12英寸硅光晶圓測試篩選系統，并基于該平臺開(kāi)發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權的硅光測試測量方案，并持續向客戶(hù)推出各類(lèi)靈活、可靠、可升級的產(chǎn)品和服務(wù)。該解決方案基于成熟可靠的微電子晶圓臺和精密定位組件，搭建起高效且兼容性高的光電混合測試系統，基本適用于目前已知的所有硅光子單元器件的測試測量。同時(shí)，建立了全程可追溯的數據庫，具備大數據分析關(guān)聯(lián)測試結果和仿真結果的能力測試方案具備良好的開(kāi)源性，可支持多家不同供應商的測試儀表和設備。數據處理算法包含MATLAB與Python兩個(gè)版本。目前基于該系統，單臺測試篩選效率可達3000晶圓/年，測試速度與國際同類(lèi)產(chǎn)品相比高3-5倍，信息化與智能化程度達到國際先進(jìn)水平。

  此外，NOEIC與Eoulu于2019年合作成立了“集成云測試聯(lián)合實(shí)驗室”，共同開(kāi)展晶圓級在片測試系統的自動(dòng)化量測以及數據自動(dòng)化處理，提供云端的自動(dòng)測試、設備管理、數據管理服務(wù)，共同打造智能測試平臺。

  NOEIC將繼續以實(shí)現光電子芯片的“關(guān)鍵和共性技術(shù)協(xié)同研發(fā)”和“國內首次商業(yè)化”為戰略目標，秉承“開(kāi)放、合作、共贏(yíng)”的發(fā)展理念，誠邀國內外產(chǎn)學(xué)研機構進(jìn)行深入合作，探索創(chuàng )新協(xié)作機制，共同構建健康、高效、可持續發(fā)展的光電子生態(tài)鏈。

  ▲8-12英寸硅光晶圓自動(dòng)化測試篩選系統

  硅光晶圓測試解決方案介紹

  自動(dòng)化硅光晶圓測試方案，可支持目前世界上最主流的光電器件特性分析，涵蓋硅光晶圓和硅光單元器件測試，測試類(lèi)型包括光譜測試、直流測試、頻響測試等，見(jiàn)表1。

  ▲表1 典型光電器件測試項與測試類(lèi)型

  典型測試分析

  圖1展示硅光晶圓的光譜重復性測試結果。實(shí)測結果顯示，在間隔兩個(gè)小時(shí)條件下，12英寸晶圓上不同位置光柵耦合器的光譜響應基本完全重合，全波范圍內插損最大差異<0.2dB。實(shí)驗表明，該測試系統在長(cháng)時(shí)間、全晶圓范圍、全波長(cháng)范圍展現了優(yōu)異的一致性和準確性。

  ▲圖1 300mm硅光子晶圓不同區域重復性測試

  圖2展示基于硅光晶圓測試系統的工藝誤差分析結果。通過(guò)測試設置特定無(wú)源結構的光譜特性，可反向分析光波導寬度、刻蝕深度、波導高度等關(guān)鍵尺寸的工藝誤差和統計分布，為精準設計光子PDK、提升波導器件的良品率提供量化依據。

  ▲圖2 硅光晶圓的工藝容差分析結果

  圖3展示了硅基光調制器(MOD)與鍺硅探測器(PD)的S21帶寬測試結果。本平臺可快速提取MOD和PD的頻響曲線(xiàn)和mapping分布，利用不同測試參數的晶圓相關(guān)性間接甄別失效，為晶圓篩選提供標準量化依據，降低硅光芯片產(chǎn)品測試成本。

  ▲圖3 硅光調制器與探測器的帶寬分布情況

  2020年6月1日起國家信息光電子創(chuàng )新中心已經(jīng)通過(guò)www.eoululab.com網(wǎng)站，正式對外提供相關(guān)的硅光電子測試算法、方案、產(chǎn)品和服務(wù)，感興趣的客戶(hù)可以瀏覽網(wǎng)站內容和預約服務(wù)。