国际先进氮化硅硅光芯片工艺在国内首次实现高良率量产打通

据麦姆斯咨询报道，经过两年、十余次的设计和工艺迭代，国科光芯（海宁）科技股份有限公司（简称：国科光芯）在国内首个8英寸低损耗氮化硅硅光量产平台，实现了传输损耗-0.1 dB/cm（1550 nm波长）级别氮化硅硅光芯片的量产，工艺良率超95%。

氮化硅硅光芯片量产流片良率分布

相对于传统硅光技术，氮化硅材料具有损耗低、光谱范围大、可承载光功率大等突出优点。此外，氮化硅硅光芯片也是优异的多材料异质异构平台，可集成磷化铟（InP）、铌酸锂（LiNbO₃）等材料，实现应用更为广泛、成本更低的新型集成平台。基于以上优点，氮化硅硅光已经广泛应用于数通光通信、空间光通信、激光雷达、生物传感、光量子计算、虚拟现实等领域，在国际上高水平研发和产业化成果层出不穷。
技术优异的光学级氮化硅材料的沉积是该技术的关键，其难点在于解决厚薄膜沉积、高应力龟裂、光学质量、可靠性等技术问题，尤为困难的是在量产平台实现高良率的稳定生产。经过逾20年的积累，国际公司在IP和工艺方面已经构建了强大的技术壁垒。为实现该技术的突破，国科光芯团队于2018年开始布局氮化硅硅光的研发：一方面，通过良好的国际合作，获得了相关的IP授权和工艺转移；另一方面，通过自主研发以及和多家国内领先机构的合作，在芯片设计、工艺、封测和系统方面做了坚实的底层技术布局和积累。
2021年，考虑到设备工艺基础和技术开发能力等因素，在关键的芯片工艺方面，国科光芯选择与国内某知名半导体厂商开始进行氮化硅硅光量产CMOS工艺的合作开发。由于薄氮化硅材料难以实现硅光芯片的高度集成，行业内通常采用厚度100 ~ 200 nm左右的薄氮化硅材料制作硅光芯片，但因为应力过大，在过厚的氮化硅材料沉积过程中又非常容易发生龟裂，使得实现量产工艺极其困难。而国科光芯采用了多层氮化硅的工艺技术，经过十余次的设计和工艺迭代，仅仅用了2年的时间就实现了量产工艺突破，这在国内实属首次。国科光芯此次开发实现了等效厚度约500 nm的厚氮化硅硅光工艺，薄膜的厚度均匀性达±2.5%，实现-0.1 dB/cm级别甚至以下的传输损耗，以及高达95.1%的高良品率。该技术成果也将大大提升氮化硅硅光芯片的流片速度——通常在国外流片需要1年以上，而现在不到2个月即可完成流片。

氮化硅硅光晶圆

氮化硅硅光芯片

在实现氮化硅高良率量产工艺的打通后，国科光芯将联合合作伙伴加快相关芯片产品的量产，目前在FMCW激光雷达、集成化相干激光器等应用领域已经实现了样片验证。今后，国科光芯将继续开发更低损耗、更高品质的氮化硅硅光芯片工艺，扩展更广、更高精尖的应用领域，打造国际领先的氮化硅硅光生态。