對(duì)于集成光電技術(shù)來(lái)說(shuō)，由于受限于大量分立器件，光學(xué)特性又主要取決于各種材料，所以集成光電向來(lái)都是一個(gè)低產(chǎn)量和高成本的技術(shù)。硅光技術(shù)的出現(xiàn)創(chuàng)造了一條新的快車道，讓設(shè)計(jì)者依靠成熟的CMOS技術(shù)走捷徑。

無(wú)論是數(shù)據(jù)中心以及5G基建的光模塊、汽車激光雷達(dá)和智能穿戴生物光電傳感器，還有光量子通信等芯片的開(kāi)發(fā)，都開(kāi)始走向硅光這一路線。不過(guò)與傳統(tǒng)的硅基半導(dǎo)體技術(shù)不同，硅光工藝依舊面臨著不少挑戰(zhàn)，尤其是為數(shù)不多的工藝平臺(tái)選擇。

國(guó)外硅光工藝平臺(tái)

在硅光領(lǐng)域，尤其是在光模塊上，自己設(shè)計(jì)自己制造的英特爾無(wú)疑是實(shí)力最強(qiáng)勁的一個(gè)，也是各大廠商中技術(shù)積累最久的。但除了英特爾這樣的IDM硅光廠商外，國(guó)外還是有不少開(kāi)放硅光工藝平臺(tái)的，比如美國(guó)的格芯、AIM Photoics，新加坡的AMF以及被英特爾收購(gòu)后仍將繼續(xù)開(kāi)展第三方代工業(yè)務(wù)的以色列代工廠Tower Semiconductor等等。這些代工廠從最初的光電集成技術(shù)開(kāi)始，逐漸在近年來(lái)發(fā)現(xiàn)硅光技術(shù)的重要性，于是紛紛推出自己的硅光工藝平臺(tái)，主要是基于SOI和SiN技術(shù)。

今年三月，格芯宣布與博通、思科、Marvell等廠商合作，提供新一代硅光平臺(tái)GF Fotonix，在12英寸的晶圓上，實(shí)現(xiàn)光子元件、射頻和高性能CMOS的單芯片集成。雖然沒(méi)有明說(shuō)，但GF Fotonix應(yīng)該是其90WG、45CLO工藝節(jié)點(diǎn)以及硅光封裝技術(shù)的整合平臺(tái)。

從發(fā)布新聞的合作廠商背書(shū)來(lái)看，格芯明顯是光模塊廠商和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備巨頭在硅光工藝平臺(tái)上的首選了，也只有這么大的客戶量能支撐得起12英寸晶圓廠的產(chǎn)能。這點(diǎn)從格芯的財(cái)報(bào)中也可以看出，今年第一季度來(lái)自智能手機(jī)設(shè)備終端的營(yíng)收占比已經(jīng)從去年同期的54%降到了50%，而來(lái)自通信基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)據(jù)中心的占比從13%提升至17%。

國(guó)內(nèi)硅光工藝平臺(tái)

要說(shuō)開(kāi)放硅光工藝平臺(tái)的話，國(guó)內(nèi)也有，比如中科院微電子所的硅光子平臺(tái)、聯(lián)合微電子中心的硅光工藝平臺(tái)，除此之外中芯國(guó)際下的中芯集成電路（寧波）的光電集成業(yè)務(wù)中也有SOI異質(zhì)光電集成，不過(guò)目前其工藝平臺(tái)支持似乎只有RFSOI和HVBCD，分別為射頻前端和高壓模擬。

與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)的開(kāi)放硅光工藝平臺(tái)在先進(jìn)程度上要稍遜色一些，而且整體規(guī)模要小一些，以180nm/130nm和8英寸晶圓為主，但同工藝節(jié)點(diǎn)下的性能其實(shí)并不輸國(guó)外，而且國(guó)內(nèi)的硅光設(shè)計(jì)公司已經(jīng)開(kāi)始嶄露頭角。

聯(lián)合微電子中心的硅光工藝平臺(tái)應(yīng)該是國(guó)內(nèi)發(fā)展最快的了，這家2018年成立的公司在不到4年的時(shí)間里，就已經(jīng)提供了180nm的硅光成套工藝CSiP180AI，以及加入雙層銅互連技術(shù)的130nm工藝CSiP130Cu，同時(shí)還有300nm的碳化硅光電工藝CSiN300和3D異構(gòu)集成工藝C3DS10。

同樣值得注意的是，原材料價(jià)格上漲帶來(lái)的漲價(jià)潮同樣影響到了硅光芯片，比如聯(lián)合微電子就在今年年初發(fā)布了漲價(jià)通知，表示由于掩膜版等原材料大幅上漲，將把SOI無(wú)源MPW的流片價(jià)格從4萬(wàn)元/block提升至48000元/block。

結(jié)語(yǔ)

單有工藝平臺(tái)還不夠，硅光芯片與傳統(tǒng)的硅基芯片在設(shè)計(jì)上同樣有著相當(dāng)大的區(qū)別，這也是為何EDA廠商近年來(lái)紛紛開(kāi)始硅光設(shè)計(jì)工具PDA的布局，充分與硅光工藝平臺(tái)的PDK結(jié)合。比如上面提到的格芯GF Fotonix，就與Ansys、Cadence和新思展開(kāi)了合作，中科院微電子所的硅光工藝平臺(tái)PDK集成到了新思OptoDesigner、Luceda Photonics IPKISS等工具中，方便設(shè)計(jì)者靈活地進(jìn)行硅光芯片設(shè)計(jì)。

至于為何一些大的晶圓代工廠沒(méi)有選擇跟進(jìn)，比如臺(tái)積電、三星，可能在他們來(lái)看硅光工藝帶來(lái)的晶圓需求量還不足以值得他們花這么大功夫。畢竟目前硅光最大的市場(chǎng)也只是光模塊乃至未來(lái)的激光雷達(dá)而已，如果要為此單獨(dú)建設(shè)一個(gè)12英寸的晶圓廠，可能一年下來(lái)產(chǎn)能都跑不滿，所以像臺(tái)積電這樣的廠商也只是有硅光芯片對(duì)應(yīng)的封裝方案而已。所以硅光要想走向晶圓廠的主流視野，目前看來(lái)還是缺乏額外的市場(chǎng)機(jī)遇。