CEA-Leti的硅光平台-EDN 电子技术设计

 CEA-Leti的硅光平台采用310nm厚的顶硅，Box层的厚度为800nm，与ST的叠层尺寸有点类似。其硅波导刻蚀分为三步，对应硅波导的高度分别为65nm、165nm和300nm···

接着上篇笔记对ST硅光平台的介绍，这篇笔记介绍另一家欧洲硅光平台CEA-Leti，方便大家参考。

CEA-Leti的硅光平台采用310nm厚的顶硅，Box层的厚度为800nm，与ST的叠层尺寸有点类似。其硅波导刻蚀分为三步，对应硅波导的高度分别为65nm、165nm和300nm，如下图所示。

（图片来自文献1）

为了降低硅波导侧壁粗糙度带来的损耗，Leti采用了H2氛围中800度退火2分钟的工艺，侧壁的LER粗糙度小于1nm，大大降低硅波导的传输损耗，如下图所示，O波段的单模条形波导损耗可降低到1dB/cm，脊形波导的损耗可降低到0.1dB/cm。Leti在其12寸硅光平台中使用了浸没式光刻技术，CD可以降低到40nm，并且使用了OPC技术。

(图片来自文献2)

Leti的硅光平台中包含一层氮化硅，其厚度为600nm，与硅层的距离为200nm。氮化硅的波导损耗为0.6dB/cm，SiN-Si的光栅耦合器1dB带宽达到50nm, 边缘耦合器的耦合损耗为2.4dB，基于echelle grating的Mux插损为2.5dB，串扰小于-30dB，如下图所示。

(图片来自文献2)

TWMZM的VpiL为1.5dB/cm，传输损耗为0.7dB/mm, 6dB带宽为25GHz。PD的暗电流为20nA@-2V, 响应度为0.7A/W, 3dB带宽为35GHz。有源器件的性能中规中矩。

除了传统的硅光器件加工能力外，Leti的平台也开发了III-V异质集成工艺，包括III-V材料的wafer bonding与die-bonding，从而实现激光器、EAM和SOA等器件的异质集成。在研发过程中，Leti进一步提出了在SOI背面异质集成III-V材料的方案，用于解决正面集成工艺中BEOL与SiN工艺冲突的问题，如下图所示。

(图片来自文献2)

除了III-V材料外，Leti也与多家公司合作，积极探索其它光电材料的异质集成，包括BTO、TFLN与SOH等，如下图所示。

Leti平台的另外一个特色为TSV-middle工艺，其加工流程如下图所示。首先在SOI晶圆中完成FEOL工艺，包括波导的刻蚀、掺杂、Ge外延、热电极与contact。接着开始TSV的加工，包括硅的刻蚀与金属填充。TSV的尺寸为12um*100um。TSV完成后，继续BEOL工艺与u-pillar的加工。正面加工完成后，将wafer临时bonding到silicon wafer上进行背面的加工，包括晶圆减薄、露铜(Cu nail revealing)、backside RDL的加工、cavity的加工、bump的加工等步骤。其中在微环附近加工出cavity, 用于提高其热调效率，降低功耗。

(图片来自文献1)

商务方面，Leti采取投资与扶持创业公司的形式，期望将其技术较早地应用在产品中，其与SteerLight、Scintil Photonics等公司有紧密的合作。SteerLight为一家法国公司，致力于开发基于硅光的LiDAR技术。Scintil Photonics也是一家法国公司，致力于开发多波长光源、高速光互联芯片等。

以上是对Leti硅光平台的简单介绍，Leti硅光技术的开发已经持续20多年，技术积累还是比较深厚的。除了传统硅光工艺在200mm/300mm平台上的优化外，Leti还实现了III-V材料在正面/背面的异质集成、TSV-middle工艺的开发。整体上Leti平台还是偏研究性质，参与欧盟的一些研究项目，探索硅光技术在LiDAR、传感、光计算、量子等方面的应用，小豆芽没有搜索到其与大公司合作的新闻，这可能也与其自身定位相关。

参考文献：

1. D. Saint-Patrice, "Process Integration of Photonic Interposer for Chiplet-based 3D Systems", ECTC 2023

2. Q. Wilmart, "LETI VERSATILE SILICON PHOTONICS PLATFORM"

责编：Ricardo

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