近日，上海发布了《2023年上海科技进步报告》，来自上海工研院的MEMS标准工艺模块及90纳米硅光集成工艺2项国际先进水平技术成果入选。目前，上述技术已经应用于消费电子、汽车行业、便携式生物医疗设备等。
90纳米硅光集成工艺
让信号传输也可“飞驰人生”
1月29日，在位于嘉定工业区的8英寸研发中试线上，设备高速运转，每片八英寸硅基衬底上制造着数百个微型硅光芯片。芯片上，最小线宽达到了90纳米，是我国目前八英寸工艺平台能够实现的最小硅波导尺寸。
随着AI、通讯、自动驾驶等领域对海量数据传输和运算的需求渐增，集成电路的发展随着摩尔定律的技术演进已面临物理极限，该如何突破？上海工研院的答卷是“光”。目前，不少国内外企业正积极布局硅光技术，当电子结合光子，不仅能解决原本信号传输的损耗问题，甚至可以视为开启摩尔定律新篇章、颠覆未来世界的关键技术。
“没想到在这里能做到90纳米硅光集成工艺，上海工研院给了我们一个意外的惊喜。” 上海近观科技有限责任公司产品经理罗枭说，“有了这个工艺的加持，我们也在计划加速血糖检测和基因测序芯片的研发和中试进程。”
一个集成电路（IC）将上亿个电晶体微缩在一片芯片上，进行各种复杂的运算。硅光则是集成“光”路，在数据传输甚至未来的数据计算中用“光”来替代“电”。
“电信号的传输好比一匹快马在单车道上奔腾，而光信号传输更像是车流在多车道的高速公路上通行。光传输本身速度就快，再加上带宽的优势，信号的传输将是电信号的几何倍数。”上海工研院技术研发部硅光总监蔡艳表示，该院在90纳米硅光集成工艺领域实现了技术突破，目前该技术已经应用于光通信和数据中心的光收发模块中。
此次入选《2023上海科技进步报告》的是国内首套90纳米 SOI硅光集成工艺器件库，随着这一技术的发布，将助力研发团队实现更小尺寸、更低损耗、更高带宽、更高速率的硅光芯片的研发，有望在电信、数据中心、光互连、光传感等领域取得突破性的应用。
MEMS标准工艺模块
让微型传感器制造有了“乐高”模型
MEMS技术将微型机械和电子技术融为一体，开创了一个在微观尺度上操作的全新世界。MEMS技术就像是在一块芯片上构建了一个微型的复杂世界，其中包含了机械结构、传感器、执行器，以及电子系统。
“MEMS技术的核心在于极高的制造精度和微型化。”乔启峰是上海工研院技术研发部MEMS主任工程师。他表示，MEMS的制造过程类似于半导体芯片的制造，包括复杂的光刻、蚀刻和沉积步骤，能够在微米甚至纳米级别上精确操作。此外，利用半导体加工制造方法，MEMS技术能通过批量化制造，极大地降低传感器产品的制造成本，真正实现了高性能、高产量、低成本的微型传感器。
近年来，上海工研院的MEMS平台不断提升平台自身的工艺能力和服务能力。
“在MEMS技术领域内，有着‘一个产品，一套工艺’的说法，这意味着每种MEMS产品都需要一套专门为它设计和定制的制造工艺，这给MEMS产品的研发和商业化带来了很大的挑战。”乔启峰说，“我们在2023年发布了五套MEMS标准工艺模块，并入选了《2023上海科技进步报告》。最大的优势是将我们工研院的工艺研发成果模块化，就好比搭‘乐高’一样，帮助客户实现产品制造流程。”
目前，上海工研院MEMS平台在不断提升MEMS关键共性制造工艺，通过将MEMS制造过程分解成标准化、可重复使用的单元模块，极大地为MEMS产品的设计和制造提供了更高的灵活性、效率和经济性。
“今年我们还会再发布五套MEMS标准工艺模块，重点攻关当前全世界范围内MEMS平台普遍存在的工艺‘碎片化’问题。从源头上，提升我国MEMS工艺技术的供给能力，缩短MEMS技术从实验室到批量生产之间的鸿沟，推动从技术到产品的快速转化。”乔启峰说。
据介绍，上海工研院拥有全国首条8英寸“超越摩尔”（More than Moore）研发中试线，可提供MEMS、硅光、生物芯片等“超越摩尔”核心工艺技术，为设计、装备和材料等半导体公司提供高效的研发、中试和验证服务，实现从研发到小批量生产无缝对接。截至目前，上海工研院已累计申请专利866项，发明专利686项，其中PCT（国际专利）专利55项，已初步形成“超越摩尔”领域的产业生态体系。
如何加强科技创新和产业创新深度融合？在上海工研院总经理董业民看来，在超越摩尔集成电路方面，创新发展需要进一步拥抱产业、融合产业、服务产业。“一方面，加强核心技术的攻关和突破，另外一方面，加强产业孵化。在中国科学院上海微系统所‘三位一体’协同创新体系之下，微系统所是原始创新做样品，在工研院特别是8英寸线做中试做产品，在新微集团资本助力和加持之下做成商品。通过这样一个协同创新体系把科研成果从实验室到最终商品应用‘最后一公里’的问题得到解决。”董业民说。
