光纖通信芯片工藝探究

導語：光纖通信芯片工藝探究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1國內外代工廠最新研究動態(tài)

目前，國內外有很多代工廠的產品和技術的更新速度極快，讓人們不得不對最新的發(fā)展進行全面了解，進而可以與時俱進地進行研究。下文是幾個比較大的代工廠相關技術的最新進展。現(xiàn)在國內外正致力于用標準工藝開發(fā)更多的產品，一些業(yè)界領袖公司還開發(fā)出了可完全用標準CMOS技術生產的微機電系統(tǒng)（Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS）產品。目前，akustica利用CMOS制造設施和MEMS代工廠生產出了基于MEMS的麥克風芯片，該公司可以使用x-fab半導體公司工廠生產0.6μmCMOS晶片。臺積電早在2012年就開始了14nm工藝的研發(fā)，并于2015年投入批量生產。使用450mm（18英寸）新晶圓來制造14nm工藝芯片，而不是當時主流的300mm，這是由于更大尺寸的晶圓將有助于降低生產成本。技術的發(fā)展總是日新月異，有西班牙媒體報道稱，臺積電計劃于5年后部署2nm技術的工廠，廠址擬定選在中國臺灣新竹。即將落戶在新竹的3nm研發(fā)廠房的環(huán)評也在近期得以順利通過，一旦環(huán)評大會的結論得以確認，3nm晶圓的生產將會很快開展，預計可以順利趕上量產時程。1.1深亞微米CMOS工藝。近幾年來，隨著集成電路生產工藝的不斷發(fā)展，CMOS集成電路的特征尺寸也隨著摩爾定律不斷減小。人們通常把特征尺寸－MOS管的柵長在1~0.5µm的集成電路設計技術，稱為亞微米設計[2]，而將0.5~0.1µm的集成電路設計稱為深亞微米設計。中芯國際集成電路新技術研發(fā)（上海）有限公司由中芯國際控股，華為、imec，Qualcomm各占一定股比。目前以14nm先進邏輯工藝研發(fā)為主。隨著深亞微米工藝的發(fā)展，CMOS制造工藝對設計的影響也越來越大。在0.18µm以前都可以忽略的工藝影響，在工藝一步步發(fā)展的情形下，制造工藝所帶來的影響變成了芯片設計中不可忽視的因素。中芯國際首席執(zhí)行官邱慈云表示：“經(jīng)過15年的努力經(jīng)營和技術積累，中芯國際成為國內規(guī)模最大的集成電路企業(yè)，有能力進行14nm技術的量產”。1.2多項目晶圓服務。眾所周知，集成電路在過去50年的迅猛發(fā)展中，無論是在電路規(guī)模、制造工藝，還是產業(yè)結構等方面都發(fā)生了重大變革，發(fā)展的速度更是可以用驚人來形容。多項目晶圓（MultiProjectWafer，MPW）的實質是將多個相同工藝的集成電路設計放在同一圓片上流片，這樣按面積來分擔流片費用，就可以降低研發(fā)成本和風險，從而降低中小集成電路設計企業(yè)在搞研發(fā)時的門檻，降低因單次實驗流片失敗而造成的資源浪費。由此看來，MPW加工服務可以降低培養(yǎng)人才的成本和進行該領域科研工作的成本，也使得企業(yè)在科研持續(xù)性以及創(chuàng)新性上有著深遠的意義。

2芯片設計流程

芯片設計絕不是可以一次性完成的簡單工程，一般都需要經(jīng)過反復的優(yōu)化和修改才能滿足最終的設計指標，例如芯片的速度、性能等。與一般超大規(guī)模數(shù)字集成電路采用自頂向下的設計方法不同，用于光接入網(wǎng)的發(fā)射和接收核心電路屬于高速模擬集成電路，必須采用全定制的設計方法，而無法使用半定制設計。首先，根據(jù)系統(tǒng)總體要求確定系統(tǒng)指標，比如時間延遲、運作速率、電源電壓、動態(tài)范圍、誤差范圍、輸出擺幅、功耗等。在對系統(tǒng)各項指標研究分析的基礎上再來確定系統(tǒng)各個部分的功能和電路結構原理。根據(jù)各個部分的功能特點來確定所采用的工藝技術，不同需求應選擇合適的工藝，并取得精確的器件模型參數(shù)。其次，電路的設計與仿真，借助仿真軟件如Aos，HsPice，smartspice等通用模擬電路仿真器（SimulationProgramWithIntegratedCircuitEmphasis，SPICE）工具，選取合適的器件參數(shù)進行仿真，根據(jù)仿真的結果對電路性能進行優(yōu)化[3]。優(yōu)化完成后就是芯片版圖的設計。版圖設計是在仿真完成后的電路幾何物理實現(xiàn)，版圖設計的好壞直接影響到芯片的最終性能。所以在版圖設計過程中需要進行設計規(guī)則檢查、對每個小模塊都要進行檢測，如版圖電路圖對照和寄生參數(shù)提取等步驟。在版圖設計基礎上進行電路的后仿真，也就是將提取的版圖寄生參數(shù)等值加入電路網(wǎng)表進行仿真，根據(jù)仿真結果來修改原電路和版圖的設計，確定后仿真結果達到性能指標后即可生成標準版圖數(shù)據(jù)。最后，是芯片制造，即將設計好的GDSII格式或CIF格式的標準版圖數(shù)據(jù)，交付芯片制造商流片。拿到設計好的芯片后需要進行芯片測試，即對流片制造完成的芯片進行品圓或鍵合封裝測試，針對測試結果進行分析，并反饋出現(xiàn)的問題和進行相應的修改和完善。綜合上述步驟，在對光接入網(wǎng)各種接入技術研究的基礎上，結合應用于光接入網(wǎng)中的光發(fā)射和接收模塊所需性能，通過對各類集成電路的工藝進行比較，采用全定制的設計方法和混合信號工藝參數(shù)，對光接口模塊中的復接器、激光驅動器、前置放大器、限幅放大器和時鐘與數(shù)據(jù)恢復電路設計進行全面的分析，針對這5種核心電路選擇最佳的芯片設計工藝，在滿足基本功能的前提下，達到系統(tǒng)的最高性價比。

3超高速電路中各種器件的比較

目前用于超高速領域的器件主要有：SiGeHBT，SiBJT，SiCMOS，Si和GaAsHBT。這幾種器件的比較如表1所示。從表1可知，想要制作出高頻特性優(yōu)良的器件可以使用GaAsHBT技術，因為其擁有相對較寬的線條（3µm）。這一原理和性質SiGeHBT也同時具備，它的高頻性能跟一般的Si器件比起來要好得多，與GaAs技術相比也有著和成熟的Si工藝兼容、較易集成的優(yōu)點，所以在這一領域有很高的利用價值。目前市場上已經(jīng)有成熟的產品。相對SiGeHBT而言，GaAsHBT的擊穿電壓比較高，更為適合于功率放大器的制作[4]。技術的不斷革新，也使得工藝日趨成熟，規(guī)模化生產GaAs器件的成本不斷下降。相比而言，HBT技術具有閾值較易控制、增益高、驅動能力強等優(yōu)點，且無需亞微米工藝，因而具有很強的競爭力。

4結語

本文研究的光纖通信用芯片通常都工作于非常快的速度下，所以以前其設計工藝基本限于GaAs等III\V化合物類。但隨著現(xiàn)代半導體工藝的進步，目前能夠用于光纖通信芯片設計的工藝已經(jīng)得到拓展。本次臺積電布局新技術工廠，將再一次推動全球半導體行業(yè)升級，降低電子產品生產、制造成本，縮小該產品自身尺寸，進一步提升其運行速度。在此情況下，就需要對各種工藝的特點加以研究，以便盡可能發(fā)揮各種工藝的優(yōu)點，彌補其不足。針對具體芯片能夠選擇出合適的設計工藝。比如GaAs材料性質非常穩(wěn)定，工藝也比較成熟，所以是目前化合物半導體的典型代表，一般來說，功能復雜數(shù)字電路的規(guī)模都較大，所以需要集成度非常高的工藝來實現(xiàn)。集成度方面，CMOS有著砷化鎵、雙極性硅等工藝均無法比擬的優(yōu)點。總而言之，目前并沒有哪種技術能在高頻器件的領域占據(jù)絕對優(yōu)勢，各種技術都將以各自的特點占據(jù)一部分市場。根據(jù)實際的產品來選擇合適的工藝和技術，最終設計高速、高性能的芯片是要解決的問題。哪種技術發(fā)展得更好，就能占有更多的市場，最終決定產品命運的將是它們的性能價格比。

作者:羅洪葉 王佳堯 單位:貴州大學明德學院