MEMS和硅光集成工藝成果入選《2023年上?？萍歼M(jìn)步報(bào)告》

近日，上海發(fā)布了《2023年上海科技進(jìn)步報(bào)告》，來自上海工研院的MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝模塊及90納米硅光集成工藝2項(xiàng)國際先進(jìn)水平技術(shù)成果入選。目前，上述技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于消費(fèi)電子、汽車行業(yè)、便攜式生物醫(yī)療設(shè)備等。

90納米硅光集成工藝

讓信號(hào)傳輸也可“飛馳人生”

1月29日，在位于嘉定工業(yè)區(qū)的8英寸研發(fā)中試線上，設(shè)備高速運(yùn)轉(zhuǎn)，每片八英寸硅基襯底上制造著數(shù)百個(gè)微型硅光芯片。芯片上，最小線寬達(dá)到了90納米，是我國目前八英寸工藝平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)的最小硅波導(dǎo)尺寸。

隨著AI、通訊、自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域?qū)Ａ繑?shù)據(jù)傳輸和運(yùn)算的需求漸增，集成電路的發(fā)展隨著摩爾定律的技術(shù)演進(jìn)已面臨物理極限，該如何突破？上海工研院的答卷是“光”。目前，不少國內(nèi)外企業(yè)正積極布局硅光技術(shù)，當(dāng)電子結(jié)合光子，不僅能解決原本信號(hào)傳輸?shù)膿p耗問題，甚至可以視為開啟摩爾定律新篇章、顛覆未來世界的關(guān)鍵技術(shù)。

“沒想到在這里能做到90納米硅光集成工藝，上海工研院給了我們一個(gè)意外的驚喜?！?上海近觀科技有限責(zé)任公司產(chǎn)品經(jīng)理羅梟說，“有了這個(gè)工藝的加持，我們也在計(jì)劃加速血糖檢測和基因測序芯片的研發(fā)和中試進(jìn)程?！?/p>

一個(gè)集成電路（IC）將上億個(gè)電晶體微縮在一片芯片上，進(jìn)行各種復(fù)雜的運(yùn)算。硅光則是集成“光”路，在數(shù)據(jù)傳輸甚至未來的數(shù)據(jù)計(jì)算中用“光”來替代“電”。

“電信號(hào)的傳輸好比一匹快馬在單車道上奔騰，而光信號(hào)傳輸更像是車流在多車道的高速公路上通行。光傳輸本身速度就快，再加上帶寬的優(yōu)勢，信號(hào)的傳輸將是電信號(hào)的幾何倍數(shù)?！鄙虾９ぱ性杭夹g(shù)研發(fā)部硅光總監(jiān)蔡艷表示，該院在90納米硅光集成工藝領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了技術(shù)突破，目前該技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于光通信和數(shù)據(jù)中心的光收發(fā)模塊中。

此次入選《2023上?？萍歼M(jìn)步報(bào)告》的是國內(nèi)首套90納米 SOI硅光集成工藝器件庫，隨著這一技術(shù)的發(fā)布，將助力研發(fā)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)更小尺寸、更低損耗、更高帶寬、更高速率的硅光芯片的研發(fā)，有望在電信、數(shù)據(jù)中心、光互連、光傳感等領(lǐng)域取得突破性的應(yīng)用。

MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝模塊

讓微型傳感器制造有了“樂高”模型

MEMS技術(shù)將微型機(jī)械和電子技術(shù)融為一體，開創(chuàng)了一個(gè)在微觀尺度上操作的全新世界。MEMS技術(shù)就像是在一塊芯片上構(gòu)建了一個(gè)微型的復(fù)雜世界，其中包含了機(jī)械結(jié)構(gòu)、傳感器、執(zhí)行器，以及電子系統(tǒng)。

“MEMS技術(shù)的核心在于極高的制造精度和微型化。”喬啟峰是上海工研院技術(shù)研發(fā)部MEMS主任工程師。他表示，MEMS的制造過程類似于半導(dǎo)體芯片的制造，包括復(fù)雜的光刻、蝕刻和沉積步驟，能夠在微米甚至納米級(jí)別上精確操作。此外，利用半導(dǎo)體加工制造方法，MEMS技術(shù)能通過批量化制造，極大地降低傳感器產(chǎn)品的制造成本，真正實(shí)現(xiàn)了高性能、高產(chǎn)量、低成本的微型傳感器。

近年來，上海工研院的MEMS平臺(tái)不斷提升平臺(tái)自身的工藝能力和服務(wù)能力。

“在MEMS技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，有著‘一個(gè)產(chǎn)品，一套工藝’的說法，這意味著每種MEMS產(chǎn)品都需要一套專門為它設(shè)計(jì)和定制的制造工藝，這給MEMS產(chǎn)品的研發(fā)和商業(yè)化帶來了很大的挑戰(zhàn)?！眴虇⒎逭f，“我們在2023年發(fā)布了五套MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝模塊，并入選了《2023上?？萍歼M(jìn)步報(bào)告》。最大的優(yōu)勢是將我們工研院的工藝研發(fā)成果模塊化，就好比搭‘樂高’一樣，幫助客戶實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造流程?！?/p>

目前，上海工研院MEMS平臺(tái)在不斷提升MEMS關(guān)鍵共性制造工藝，通過將MEMS制造過程分解成標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)使用的單元模塊，極大地為MEMS產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造提供了更高的靈活性、效率和經(jīng)濟(jì)性。

“今年我們還會(huì)再發(fā)布五套MEMS標(biāo)準(zhǔn)工藝模塊，重點(diǎn)攻關(guān)當(dāng)前全世界范圍內(nèi)MEMS平臺(tái)普遍存在的工藝‘碎片化’問題。從源頭上，提升我國MEMS工藝技術(shù)的供給能力，縮短MEMS技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到批量生產(chǎn)之間的鴻溝，推動(dòng)從技術(shù)到產(chǎn)品的快速轉(zhuǎn)化。”喬啟峰說。

據(jù)介紹，上海工研院擁有全國首條8英寸“超越摩爾”（More than Moore）研發(fā)中試線，可提供MEMS、硅光、生物芯片等“超越摩爾”核心工藝技術(shù)，為設(shè)計(jì)、裝備和材料等半導(dǎo)體公司提供高效的研發(fā)、中試和驗(yàn)證服務(wù)，實(shí)現(xiàn)從研發(fā)到小批量生產(chǎn)無縫對(duì)接。截至目前，上海工研院已累計(jì)申請(qǐng)專利866項(xiàng)，發(fā)明專利686項(xiàng)，其中PCT（國際專利）專利55項(xiàng)，已初步形成“超越摩爾”領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。

如何加強(qiáng)科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新深度融合？在上海工研院總經(jīng)理董業(yè)民看來，在超越摩爾集成電路方面，創(chuàng)新發(fā)展需要進(jìn)一步擁抱產(chǎn)業(yè)、融合產(chǎn)業(yè)、服務(wù)產(chǎn)業(yè)。“一方面，加強(qiáng)核心技術(shù)的攻關(guān)和突破，另外一方面，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)孵化。在中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)所‘三位一體’協(xié)同創(chuàng)新體系之下，微系統(tǒng)所是原始創(chuàng)新做樣品，在工研院特別是8英寸線做中試做產(chǎn)品，在新微集團(tuán)資本助力和加持之下做成商品。通過這樣一個(gè)協(xié)同創(chuàng)新體系把科研成果從實(shí)驗(yàn)室到最終商品應(yīng)用‘最后一公里’的問題得到解決?！倍瓨I(yè)民說。

審核編輯：劉清