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(jī)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(guī)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(shù)據(jù)中心、超級計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、生物醫(yī)療、量子技術(shù)等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。近年來，在全球通信設(shè)備商、光器件廠商、半導(dǎo)體企業(yè)的共同推動下，硅光芯片已經(jīng)在光通信和數(shù)據(jù)中心設(shè)備中實(shí)現(xiàn)商業(yè)應(yīng)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(fù)雜日益增高、需求量迅猛增長、成本預(yù)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(xiàn)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(nèi)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(shè)計(jì)與測試經(jīng)驗(yàn)，已形成一套完整可靠的晶圓級自動化硅光子測試方案，能支持各類無源波導(dǎo)器件、高速調(diào)制和探測、熱光和電光調(diào)諧器件、片上光源等各類元器件特性的快速精準(zhǔn)分析，并開始向重要的產(chǎn)業(yè)客戶和晶圓廠提供服務(wù)。

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

  為加快推動硅光子技術(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(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，共同研制出國內(nèi)首套商用級8-12英寸硅光晶圓測試篩選系統(tǒng)，并基于該平臺開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的硅光測試測量方案，并持續(xù)向客戶推出各類靈活、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(tǒng)，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，建立了全程可追溯的數(shù)據(jù)庫，具備大數(shù)據(jù)分析關(guān)聯(lián)測試結(jié)果和仿真結(jié)果的能力測試方案具備良好的開源性，可支持多家不同供應(yīng)商的測試儀表和設(shè)備。數(shù)據(jù)處理算法包含MATLAB與Python兩個版本。目前基于該系統(tǒng)，單臺測試篩選效率可達(dá)3000晶圓/年，測試速度與國際同類產(chǎn)品相比高3-5倍，信息化與智能化程度達(dá)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(yàn)室”，共同開展晶圓級在片測試系統(tǒng)的自動化量測以及數(shù)據(jù)自動化處理，提供云端的自動測試、設(shè)備管理、數(shù)據(jù)管理服務(wù)，共同打造智能測試平臺。

  NOEIC將繼續(xù)以實(shí)現(xiàn)光電子芯片的“關(guān)鍵和共性技術(shù)協(xié)同研發(fā)”和“國內(nèi)首次商業(yè)化”為戰(zhàn)略目標(biāo)，秉承“開放、合作、共贏”的發(fā)展理念，誠邀國內(nèi)外產(chǎn)學(xué)研機(jī)構(gòu)進(jìn)行深入合作，探索創(chuàng)新協(xié)作機(jī)制，共同構(gòu)建健康、高效、可持續(xù)發(fā)展的光電子生態(tài)鏈。

  ▲8-12英寸硅光晶圓自動化測試篩選系統(tǒng)

  硅光晶圓測試解決方案介紹

  自動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，測試類型包括光譜測試、直流測試、頻響測試等，見表1。

  ▲表1 典型光電器件測試項(xiàng)與測試類型

  典型測試分析

  圖1展示硅光晶圓的光譜重復(fù)性測試結(jié)果。實(shí)測結(jié)果顯示，在間隔兩個小時條件下，12英寸晶圓上不同位置光柵耦合器的光譜響應(yīng)基本完全重合，全波范圍內(nèi)插損最大差異<0.2dB。實(shí)驗(yàn)表明，該測試系統(tǒng)在長時間、全晶圓范圍、全波長范圍展現(xiàn)了優(yōu)異的一致性和準(zhǔn)確性。

  ▲圖1 300mm硅光子晶圓不同區(qū)域重復(fù)性測試

  圖2展示基于硅光晶圓測試系統(tǒng)的工藝誤差分析結(jié)果。通過測試設(shè)置特定無源結(jié)構(gòu)的光譜特性，可反向分析光波導(dǎo)寬度、刻蝕深度、波導(dǎo)高度等關(guān)鍵尺寸的工藝誤差和統(tǒng)計(jì)分布，為精準(zhǔn)設(shè)計(jì)光子PDK、提升波導(dǎo)器件的良品率提供量化依據(jù)。

  ▲圖2 硅光晶圓的工藝容差分析結(jié)果

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

  ▲圖3 硅光調(diào)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)，感興趣的客戶可以瀏覽網(wǎng)站內(nèi)容和預(yù)約服務(wù)。