硅光制造工艺发展趋势

硅光制造工艺发展趋势2026年9月10日目录CONTENTS1. 硅光多材料集成趋势2. 硅光产业化关键技术3. 硅光制造趋势判断SOI: 硅是高密度集成的“基础底座”SOI平台结构SOI的核心价值SOI的优势和劣势SOI是硅光制造的基础底座，负责高密度波导、无源器件与部分调制，并为多材料集成提供主平台。典型结构：

220

nm

Si/2~3μm

BOX小尺寸集成适合高密度布局与复杂光路工艺成熟设计、流片、PDK生态较完善小尺寸集成波导约束强，器件尺寸小，适合紧凑集成高密度无源器件适合波导、MMI、AWG、环形谐振器、光栅耦合器部分调制能力可实现PN/PIN调制器、MZI与环形调制器平台底座后续Ge、SiN、ImI-V等功能材料通常叠加在Si平台之上

CMOS兼容制造可借助成熟晶圆制造基础设施推进规模化制造高密度集成主平台Si增长导光与集成，但不擅长高效发光边界3SiN: 为硅光增加一条“超低损耗光路层”SiN不是取代Si，而是在硅光平台上增加一条超低损耗光路层。高折射率差高折射率差弯曲半径小适合高密度集成超低损耗长距离传输宽工作波段适合高Q与长光程Si与SiN的角色对比 SiN解决什么问题Si波导 SiN波导高约束、强局域低损耗、弱约束Si：小而密；SiN：长而低损耗高密度Si器件层

+

低损耗SiN传输层关键价值降低传播损耗支持长光程片上传输扩展应用到LiDAR/传感/量子／微波光子支持多层集成光路与Si平台协同集成低损耗传输延迟线/高Q谐振器4频梳/

LiDAR/传感多层光路协同Ge: 解决硅平台“看不见通信光”的问题Ge的价值在于让硅光平台从“传输光”进一步具备“探测光”的能力，是高速硅光收发芯片的关键探测材料。Si+Ge探测器结构示意Ge集成的关键点为什么需要GeSi对通信光吸收弱仅依靠Si，难以高效探测1.3/1.55um波段信号Ge可集成高速探测Ge与Si平台兼容，适合构建片上光电探测器完成光电转换把波导中的光信号转换为后端电信号支撑收发芯片是高速收发、CPO与片上互连的重要基础模块外延质量Ge外延缺陷控制影响暗电流与响应度暗电流控制界面缺陷、应力与工艺窗口需要优化接触与掺杂低接触电阻与结区设计决定带宽表现热预算协同需兼顾Ge工艺与硅光/CMOS流程兼容性Si:负责导光与耦合Ge：负责吸收与探测5III-V :

补齐硅光最关键的片上光源短板III-V的核心价值在于为硅光平台补齐“产生光”与“光增益”能力，是实现片上激光器与高集成光互连的关键材料。片上光源集成示意III-V集成的三条主要路径为什么需要III-V III-V/SiSi不擅长高效发光间接带隙限制了硅作为

片上激光光源的能力需要片上光源与增益高速收发、CPO与片上互连需要更紧密的光源集成减少外置激光依赖把激光器更靠近硅光芯片，有利于系统小型化与集成化支撑更高阶系统集成片上光源是多材料硅光平台走向完整功能闭环的关键A.Flip-chip高速、线性好、透明窗口宽适合相干通信与微波光子B.Bonding键合把III-V

有源材料直接集成到Si平台，提高集成密度C.Micro-transferprinting适合大规模、按需集成，

是未来重要方向之一产业化难点良率 ·对准耦合热管理 ·

晶圆级成本III-V:6产生光/提供增益Si:

负责导光、调制与集成片上光源异质集成III-V产生光耦合进Si波导片上分发/调制支撑高速收发

与CPOLiNbO₃/BTO: 突破传统Si调制器性能边界LiNb

O₃/

BTO的价值在于为硅光平台引入强电光效应，使调制器从传统Si载流子

调制走向更高速、更低功耗和更高性能的新阶段。LiNbO₃/BTO异质集成调制示意LiNbO₃与BTO的定位为什么需要新型电光材料Si调制继续提升受限传统PN/PIN载流子调制在速度、驱动电压与线性方面存在边界更高速与低功耗需求相干通信与高速互连需要更高带宽和更低能耗调制器需要强电光效应Pockels效应材料可提供更更高效的折射率调控能力

面向新应用拓展微波光子、相干收发与片上系统集成需要更高性能调制A.Thin-film

LiNbO₃强Pockels效应高速、线性好、透明窗口宽适合相干通信与微波光子LiNbO₃/BTO不是替代硅，而是把硅光平台从“可调制”进一步提升为“高性能电光调制平台”。LiNbO₃/BTO:提供强Pockels电光调制Si/SiN:负责导光与集成B.

BTO高电光系数、紧凑调制潜力适合与Si/SiN 异质集成面向下一代超紧凑高速调制

高速低功耗电光调制光输入Pockels调制相位/强度控制输出高速信号7多材料集成：未来不是“谁替代谁”,而是“谁负责什么”下一代硅光平台不是寻找单一“万能材料”,而是在CMOS兼容基础上按功能集成Si、SiN、Ge、III-V与LiNbO₃/BTO等材料。高密度波导/无源器件Si超低损耗传输SiN高速光探测Ge片上激光/光增益III-V高速电光调制LiNbO₃BTO驱动/DSP/控制CMOS功能-材料分工下一代多材料硅光平台核心判断III-V:片上光源与增益LiNbO₃/BTO:高性能电光调制SiN：低损耗传输Si

：高密度集成Ge:高速探测CMOS：驱动/控制单一SOISi+

GeSi+SiN+

GeSi+SiN+Ge+III-V多材料硅光平台不是材料替代关系，而是功能协同关系硅仍是平台底座，多材料是在其上补足多材料集成决定未来CPO、相干通信与片上光互连能力平台竞争力将取决于设计一制造一封装一体化协同8目录CONTENTS1. 硅光多材料集成趋势2. 硅光产业化关键技术3. 硅光制造趋势判断PDK: 把复杂工艺“封装”为可设计的平台PDK是硅光产业化的第一层平台化能力，其核心价值在于把复杂工艺能力标准化、模型化和可复用化，从而支撑设计

-

制造协同。为什么需要PDK设计-

PDK

-

制造协同关系器件不再从零开始设计者直接调用标准器件与PCell工艺经验转化为规则把线宽、间距、对准、金属等约束写入设计规则模型决定可预测性紧凑模型支持仿真、容差与系统设计平台能力通过PDK对外开放PDK成熟度决定设计-制造协同效率应用需求PIC系统设计器件定义版图规则模型仿真设计验证稳定流片PDK平台版图/仿真验证Foundry制造器件库ComponentLibraryPCell／版图模板DesignRules/DRCCompactModel

/Corner

Model验证接口协同设计PDK平台设计-

制造接口10MPW: 把昂贵流片变成可共享的平台服务MPW让更多创新者能够以可承受成本进入硅光流片验证，形成“设计-制造-反馈-再优化”的正向循环，是推动硅光产业生态扩张和创新加速的重要平台服务。为什么需要MPW降低研发成本分摊掩膜、晶圆与工艺费用缩短验证周期更快完成设计-流片-测试迭代降低试错门槛适合原型验证、学术研究与初创团队促进生态繁荣更多设计者进入硅光平台提交版图（GDSII)按MPW规则检查与打包版图整合与拼版多个项目合并到同一套版图掩膜制作与工艺加工一次流片，多项目共同加工晶圆测试与划片晶圆级测试后进行分发MPW典型流程芯片交付与反馈获取样片并进入下一轮优化MMPWPW运运作作示示意意：：一一次次流流片片，，多多方方共共享享共享掩模版统一工艺流片切割与测试

各项目获得芯片进行验证迭代

专用流片（DedicatedRun） MPW共享流片（Multi-Project

Wafer）单一客户11独占掩膜集独占晶圆成本高周期长多家客户共享掩膜集共享晶圆成本低选代快DedicatedRunvs

MPW光电协同设计：PIC和EIC正在从两个芯片变成一个系统高速硅光系统中PIC、EIC与封装已不再是分立环节，而是共同决定带宽、功耗和可靠性的系统级协同设计对象。为什么需要光电协同设计高速系统不止有PIC驱动、TIA、DSP、SerDes与控制电路共同决定链路性能电互连距离影响功耗PIC与EIC距离越远，高速电走线损耗与寄生效应越明显封装已成为系统变量芯片摆放、互连方式与散热设计会影响带宽和可靠性设计目标从器件走向系统优化对象从单个调制器/探测器扩展到完整光电链路协同设计关注点PIC+EIC系统协同示意带宽密度单位面积可支持的总带宽能力12功耗/bit单每比特传输所需的能耗水平寄生R/C/L互连寄生影响速度与信号质量。热管理温度控制影响性能与寿命信号完整性抖动、串扰等影响链路可靠传输可靠性长期稳定性与失效风险控制先进封装：封装已经成为硅光性能的一部分先进封装已经从“如何把芯片连起来”，演变为“如何让光电系统发挥最佳性能”。在CPO时代，封装即性能，封装即竞争力先进封装带来系统性挑战→必须光-电-热协同设计封装设计不再是“最后一步”，而是系统性能的一部分EIC+PIC

2.5D集成示意图（以CPO为例）热管理光器件对温度敏感多芯片功耗密度高可维护性现场更换困难需要KGD/备份光通道可靠性长期热循环/湿热光学老化/粘接变化机械应力CTE差异封装应力影响器件性能精密对准光光纤/光耦精准对准装配精度要求高良率影响多芯片，多互连点良率模型更复杂带宽密度功耗/bit温度稳定性可靠性/寿命良率/一致性超短互连(毫米级以内)高密度I/O更低功耗+ +13CPO: 把光引擎从面板移到交换/计算芯片旁边CPO真正改变的不是光模块形态，而是电信号与光信号的分工边界：高速电传输越来越短，光互连越来越靠近ASIC。传统可插拔光模块CPO带来的变化与挑战CPO架构示意A.

核心收益带宽密度提升14功耗/bit下降前面板压力减轻更适合AI集群互连B.产业化挑战热管理激光器可靠性光纤装配与维护封装良率测试与可维修性电互连距离长功耗与信号损耗上升面板空间受限目录CONTENTS1. 硅光多材料集成趋势2. 硅光产业化关键技术3. 硅光制造趋势判断六大趋势：硅光制造正在进入“平台能力竞争”阶段FEDCBA 300mm

CMOS兼容制造大晶圆自动化高一致性规模制造多材料异质集成SiSiNGeII-VLiNbO₃/BTOPDK/EDA

标准化标准器件Compact

ModelDRC/LVS协同设计光电2.5D/3D

集成PIC+EICChipletInterposerHybrid

Bonding晶圆级封装与测试Wafer-level

TestKnownGood

DieWafer

Map自动测试制造数字化与良率闭环Inline

MetrologyProcess

Data硅光将进一艺进入300

mm

CMOS兼容基础设施按功能选材料，成为平台主流路线设计

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制造接口将持续标准化光电芯片距离继续缩短，系统集成更深测试前移，封装与制造更加紧耦合Yield

·Model

Update 工艺、测试与良率数据将形成闭环优化系统级制造平台16平台能力竞争演化逻辑：高性能单器件 高可用工艺平台竞争焦点正在从单个器件指标，转向制造、封装、测试与系统协同能力。2026~2035硅光工艺技术趋势技术演进主线2026~2028

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平台成熟期300

mm Si/SiN/Ge平台成熟PDK+ MPW持续完善晶圆级光电测试标准化2.5D封装与CPO开始规模导入2028~2031|

异质集成扩展期多材