国家信息光电子创新中心携手苏州伊欧陆联合发布硅光晶圆测试解决方案

9/02/2020，硅光技术是指研究和利用硅材料中的光子、电子、及光电子器件的工作机理和光电特性，采用CMOS兼容的微纳米加工工艺，在硅晶圆上开发制备光电子芯片的技术。硅光芯片既拥有集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性，还具有光子技术超高速率、超低功耗的优势，是光电子与微电子融合的重要发展方向，在新一代通信、数据中心、超级计算机、消费电子、生物医疗、量子技术等领域具有广阔的应用前景。近年来，在全球通信设备商、光器件厂商、半导体企业的共同推动下，硅光芯片已经在光通信和数据中心设备中实现商业应用，硅光产业链也日臻成熟。然而，面对硅光芯片集成度和复杂日益增高、需求量迅猛增长、成本预算不断缩减等趋势，硅光测试测量技术和方法已成为限制硅光产业发展的一大短板，是困扰硅光子产品实现海量出货的主要难题。

   国家信息光电子创新中心（NOEIC）是国内最早探索硅基光电子测试测量解决方案的单位之一，在硅光子技术上耕耘多年，积累了丰富的设计与测试经验，已形成一套完整可靠的晶圆级自动化硅光子测试方案，能支持各类无源波导器件、高速调制和探测、热光和电光调谐器件、片上光源等各类元器件特性的快速精准分析，并开始向重要的产业客户和晶圆厂提供服务。

   苏州伊欧陆系统集成有限公司（Eoulu）是一家致力于半导体晶圆在片测试测量的高科技公司，在半导体和光电测试领域有着丰富的经验，目前为客户完成的在片测试测量解决方案已超过50个，可以为客户提供可信赖的高效的晶圆在片测试测量服务。

   为加快推动硅光子技术产业化进程，建立健全硅光产业链，国家信息光电子创新中心与苏州伊欧陆公司强强联合，共同研制出国内首套商用级8-12英寸硅光晶圆测试筛选系统，并基于该平台开发了具有自主知识产权的硅光测试测量方案，并持续向客户推出各类灵活、可靠、可升级的产品和服务。该解决方案基于成熟可靠的微电子晶圆台和精密定位组件，搭建起高效且兼容性高的光电混合测试系统，基本适用于目前已知的所有硅光子单元器件的测试测量。同时，建立了全程可追溯的数据库，具备大数据分析关联测试结果和仿真结果的能力测试方案具备良好的开源性，可支持多家不同供应商的测试仪表和设备。数据处理算法包含MATLAB与Python两个版本。目前基于该系统，单台测试筛选效率可达3000晶圆/年，测试速度与国际同类产品相比高3-5倍，信息化与智能化程度达到国际先进水平。

   此外，NOEIC与Eoulu于2019年合作成立了“集成云测试联合实验室”，共同开展晶圆级在片测试系统的自动化量测以及数据自动化处理，提供云端的自动测试、设备管理、数据管理服务，共同打造智能测试平台。

   NOEIC将继续以实现光电子芯片的“关键和共性技术协同研发”和“国内首次商业化”为战略目标，秉承“开放、合作、共赢”的发展理念，诚邀国内外产学研机构进行深入合作，探索创新协作机制，共同构建健康、高效、可持续发展的光电子生态链。




8-12英寸硅光晶圆自动化测试筛选系统

  自动化硅光晶圆测试方案，可支持目前世界上最主流的光电器件特性分析，涵盖硅光晶圆和硅光单元器件测试，测试类型包括光谱测试、直流测试、频响测试等，见表1。


表1 典型光电器件测试项与测试类型

  图1展示硅光晶圆的光谱重复性测试结果。实测结果显示，在间隔两个小时条件下，12英寸晶圆上不同位置光栅耦合器的光谱响应基本完全重合，全波范围内插损最大差异<0.2dB。实验表明，该测试系统在长时间、全晶圆范围、全波长范围展现了优异的一致性和准确性。


图1 300mm硅光子晶圆不同区域重复性测试

  图2展示基于硅光晶圆测试系统的工艺误差分析结果。通过测试设置特定无源结构的光谱特性，可反向分析光波导宽度、刻蚀深度、波导高度等关键尺寸的工艺误差和统计分布，为精准设计光子PDK、提升波导器件的良品率提供量化依据。


图2 硅光晶圆的工艺容差分析结果

  图3展示了硅基光调制器(MOD)与锗硅探测器(PD)的S21带宽测试结果。本平台可快速提取MOD和PD的频响曲线和mapping分布，利用不同测试参数的晶圆相关性间接甄别失效，为晶圆筛选提供标准量化依据，降低硅光芯片产品测试成本。


图3 硅光调制器与探测器的带宽分布情况

  2020年6月1日起国家信息光电子创新中心已经通过www.eoululab.com网站，正式对外提供相关的硅光电子测试算法、方案、产品和服务，感兴趣的客户可以浏览网站内容和预约服务。