硅基光电晶圆端面耦合器与TSV一体化三维集成技术
硅光三维集成封装技术是以硅基光电子学为基础、实现高集成密度的新型光电混合集成技术，该技术结合了集成电路技术的超大规模、超高精度制造的特性和光子技术超高速率、超低功耗的优势。华进公司开发的硅基光电晶圆端面耦合器与TSV一体化三维集成技术采用有源硅光SOI晶圆内引入“后通孔”TSV（Through Silicon-Via）结构，通过多维度协同设计，引入双面临时键合、激光隐形切割等关键工艺，突破带有光学耦合器的SOI晶圆TSV工艺兼容性制造，实现单模光纤大模斑端面耦合器和高速信号扇出封装集成，三维互连结构插入损耗S21≤-0.45dB 67GHz。该光电集成技术突破对下一代光电共封（CPO）的实现具有重要意义，开发成果可应用于高性能数据中心、相干通讯、5G通信、激光雷达和光子计算等领域。
本技术属于集成创新，以客户需求为技术牵引，联合硅光前道流片平台、协同设计仿真、先进封装与测试，完成全新结构的工艺开发。具体地，首先通过光电封装工艺流程优化光电设计并完成硅光工艺晶圆制造，之后基于华进公司先进封装工艺平台进行光电集成封装和测试，最终为用户提供完整的光电混合集成封装解决方案，完成客户要求并交付实现功能验证。在整个工艺过程中实现了以下关键技术创新：
（1）结合力、热、电、光多物理场紧耦合和工艺设计多维度开展协同设计。分析限制光学耦合效率的主要因素以及结构参数，研究光耦合器等微光器件集成的光路设计、模斑匹配和制造工艺，优化能量分布、模式耦合以及畸变，提升光学带宽、耦合效率以及对准容差，解决光纤和光芯片、波导模斑不匹配导致耦合效率低、封装难度大的问题，提出双面临时键合工艺，解决避免键合胶进入耦合器空腔，从而实现光耦合器高效率输入输出问题；
（2）SOI基硅光晶圆工艺兼容性制造。针对目前SOI硅光晶圆三维集成多材料界面，通过光场模拟仿真对于悬臂梁光耦合器深硅释放、光耦合端面二次刻蚀设计，在氧化硅应力释放的同时保证耦合端面精准控制，实现表面有9um氧化层的100um超薄晶圆的TSV流程整体工艺稳定性，解决了超薄晶圆的高内应力和高翘曲问题。为后续光电高密度封装集成提供协同设计指导，最终完成带有光耦合器的200mm硅光晶圆正面再布线层、TSV和背面再布线层三维射频信号扇出，实现超低插损高速TSV结构设计与制造。通过协同开发，实现了前道SOI硅光晶圆和中道TSV技术的完美融合，成功开发了集成TSV互连结构的SOI基硅光悬臂梁端面耦合器，突破了工艺兼容性制造技术。打通硅光芯片到封装集成的核心环节，为硅基光电三维集成提供成套工艺和解决方案，在新型光电子组件与集成系统方面形成技术突破，并实现自主创新的光电一体化封装技术，建立自主知识产权体系，加速光电混合封装技术应用与产业化。
