随着人工智能算力负载激增、超大规模数据中心持续扩容,半导体行业正遭遇电互连方案的物理极限。共封装光学(CPO)作为架构革新的关键路线,将光互连链路拉近计算芯片,以此满足下一代系统在带宽、时延与能效方面的硬性指标。尽管集成光子的产业价值已形成行业共识,但从实验室研发迈向规模化量产,仍是全行业亟待攻克的核心难题。
产业化落地过程中涉及多项工艺要点:光子器件制造的基础工艺虽和传统半导体制程有相通之处,但技术逻辑存在本质区别。多数工况对洁净度、工艺均匀性、缺陷管控的要求和CMOS制造相近,只是工艺尺度与成熟度标准各不相同。而异质材料混用、新型器件结构叠加光学性能的高敏感度要求,进一步抬升制程复杂度,只有妥善解决上述问题,才能实现量产良率稳定可控。

湿法工艺贯穿光芯片制造的清洗、刻蚀、干燥等关键工序,直接决定晶圆表面品质、缺陷数量,最终影响器件光学性能。
工艺管控重点包含三项内容,一是刻蚀均匀性:保障光路一致性、降低光信号损耗的必备条件;二是微粒管控:微小杂质即可造成光线散射、劣化器件性能;三是干燥工艺:残留药液、水印、接触性缺陷都会拉低良率、影响长期可靠性。
其中干燥环节已是突出工艺难点。行业持续优化氮气吹扫、化学气相干燥等技术,解决残印与污染问题;部分研发引入超声辅助工艺,进一步提升微粒去除效果、保全晶圆表面完好度。
业内对药液配方与浓度的管控标准日趋严苛,以此减少残留物、改善微粒管控效果。行业逐步达成共识:湿法工艺不再是辅助工序,而是决定光芯片性能的核心环节。
与此同时,光子产线的制程波动远高于成熟大批量CMOS产线。晶圆尺寸、材料组分、工艺流程差异大,对设备柔性适配能力提出更高要求。实际生产中会根据产品选型,搭配批量槽式湿法设备与单片式制程设备;通过调整晶圆传送、药液供给、工艺参数完成设备改造,适配多样化生产需求。部分产线采用浸没+旋涂复合工艺,在一套产线内兼容多道制程。
产能吞吐并非现阶段首要瓶颈,行业现阶段重心是打磨稳定、可复现的制程工艺,保障高良率与性能一致性。后续随着产品定型、出货量上涨,产能指标将大幅提升,行业目标逐步向每小时数百片晶圆迈进。
另一项关键课题是如何把光子工艺嵌入现有成熟晶圆厂产线。和业内部分预判不同,工艺导入无需大规模改造厂房基建;落地难度普遍低于预期,大多依靠针对性工艺优化即可实现,避免产线大规模停工改造,助力晶圆厂快速拓展光子业务。
良率是产业化全程的核心关注点。任何新兴技术在量产初期都会因制程波动带来成本与可靠性隐患;光子器件用料体系复杂、性能阈值严苛,返工修复成本极高,因此严控从药液配比、微粒治理到表面预处理的全流程,是实现高良率的先决条件。
此外还需精细化管控设备拥有成本。光子制造虽不用对标先进逻辑芯片的超高产能,但规模化量产必须具备经济性,由此形成双重目标:在优化良率与器件性能的同时,保留工艺弹性,适配持续迭代的产品设计与行业规范。
绿色低碳现已成为光子制造的重要考量维度。虽然光电子方案能从整机层面实现节能降耗,但芯片制备过程仍耗费大量水资源、化学试剂与电能。行业开始借鉴CMOS成熟的环保管控经验优化产线:一方面研发环保替代药液,在法规倒逼下逐步削减乃至淘汰全氟和多氟烷基物质(PFAS)等受限化学品;另一方面对标成熟的安环(EHS)管理体系落地生产。
放眼行业发展,共封装光学的演进复刻了半导体产业经典规律:打通实验室技术与大批量量产的落地鸿沟。目前行业标准仍在完善、产品架构持续迭代,早期方案后续或将被全新架构替代。在此背景下,柔性适配能力贯穿器件设计与全产业链制造,至关重要。
但市场需求信号十分明确:人工智能拉动数据中心建设提速,市场迫切需要高性能互连方案,光子技术被公认为破局关键。越来越多晶圆厂加码光子产线建设,行业重心正从技术可行性验证转向规模化量产落地,从原理样机走向低成本、稳定供货。
湿法工艺看似只是配套工序,实则深度绑定CPO产业化进程,凭借对洁净度、均匀性、缺陷的关键管控能力,成为保障光芯片性能与量产可行性的基石。伴随全行业工艺打磨、标准统一,湿法工艺的技术突破将直接决定共封装光学产业化落地的速度与成效。
对企业而言,产业转型方向清晰:光子制造想要取得成功,既要深耕器件端技术创新,更要把前沿设计转化为成熟可量产的制程;而精准管控、工艺可控、柔性适配三大底层准则,仍是产业化路上不变的核心。
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