近日，研究人員宣布開發(fā)出一種直接激光寫入技術(shù)，可以在半導(dǎo)體芯片的3D空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)局部材料處理。據(jù)悉，該方法可以利用芯片的子晶圓表面空間實(shí)現(xiàn)更高的集成密度，并提供額外的新功能。

半導(dǎo)體應(yīng)用非常廣泛，然而市場對小型化和強(qiáng)大芯片的需求不斷攀升，目前的半導(dǎo)體制造技術(shù)正面臨越來越大的壓力。據(jù)來自法國LP3 Laboratory研究人員稱，當(dāng)下主流的制造技術(shù)——光刻技術(shù)在完全解決這些挑戰(zhàn)方面存在很大的局限性。基于這個(gè)原因，他們認(rèn)為能夠?qū)崿F(xiàn)在晶圓表面下制造結(jié)構(gòu)將成為一大關(guān)鍵突破口，這樣就可以充分利用材料內(nèi)部的空間。

法國LP3 Laboratory團(tuán)隊(duì)的研究人員通過新開發(fā)的直接激光寫入技術(shù)證明了這種能力，該技術(shù)使他們能夠在各種半導(dǎo)體材料中制造嵌入結(jié)構(gòu)。近期，相關(guān)已發(fā)表在《國際極限制造雜志》（the International Journal of Extreme Manufacturing）雜志上。

圖片來源：LP3 Laboratory

顏團(tuán)隊(duì)表示：“激光書寫將為完成當(dāng)下制造技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的挑戰(zhàn)，為3D建造材料的直接數(shù)字化制造提供可能。在未來，這些新的激光形態(tài)可能會(huì)極大地改變目前先進(jìn)微芯片的制造方式。”

在實(shí)驗(yàn)過程中，他們成功地對Si和GaAs這兩種材料進(jìn)行了晶圓表面下修飾。Si和GaAs是微電子工業(yè)的兩種重要材料，以往無法用傳統(tǒng)的超快激光脈沖來對它們進(jìn)行3D加工。難點(diǎn)就在于強(qiáng)光在窄隙材料內(nèi)部產(chǎn)生了高效的非線性電離，產(chǎn)生的自由電子能迅速將任何半導(dǎo)體轉(zhuǎn)化為類金屬材料，從而使光無法在物質(zhì)內(nèi)部深處傳播。這種躍遷惡化了聚焦過程，并阻止了使用超快激光器進(jìn)行晶圓表面下半導(dǎo)體材料改性的發(fā)生。

為了解決這個(gè)問題，研究小組使用了非常規(guī)的超快短波紅外脈沖（SWIR）來繞過金屬化轉(zhuǎn)變。

據(jù)分析，以往的研究使用了太強(qiáng)的光脈沖，以至于太容易激發(fā)電子活躍狀態(tài)。他們沒有使用強(qiáng)光脈沖，而是將脈沖能量分解為大量重復(fù)頻率極快的較弱脈沖。這些脈沖序列（也被稱為脈沖），將在光聚焦之前避免強(qiáng)脈沖激發(fā)。此外，脈沖將非常快速地重復(fù)，因此傳輸?shù)募す饽芰靠梢杂行У胤e累，并穿透過修飾層。

據(jù)研究人員稱，他們的這項(xiàng)研究成果為半導(dǎo)體材料內(nèi)的超快激光寫入提供了第一個(gè)“非常實(shí)用”的解決方案。下一步他們將專注于可以在這些材料內(nèi)部實(shí)現(xiàn)的改造類型，折射率的把控方面將成為關(guān)鍵挑戰(zhàn)目標(biāo)。