法国团队利用激光直写实现晶圆内部材料处理，集成密度更高

2022-11-15 10:06

近日，研究人员宣布开发出一种直接激光写入技术，可以在半导体芯片的3D空间内实现局部材料处理。据悉，该方法可以利用芯片的子晶圆表面空间实现更高的集成密度，并提供额外的新功能。

半导体应用非常广泛，然而市场对小型化和强大芯片的需求不断攀升，目前的半导体制造技术正面临越来越大的压力。据来自法国LP3 Laboratory研究人员称，当下主流的制造技术——光刻技术在完全解决这些挑战方面存在很大的局限性。基于这个原因，他们认为能够实现在晶圆表面下制造结构将成为一大关键突破口，这样就可以充分利用材料内部的空间。

法国LP3 Laboratory团队的研究人员通过新开发的直接激光写入技术证明了这种能力，该技术使他们能够在各种半导体材料中制造嵌入结构。近期，相关已发表在《国际极限制造杂志》（the International Journal of Extreme Manufacturing）杂志上。

图片来源：LP3 Laboratory

颜团队表示：“激光书写将为完成当下制造技术无法实现的挑战，为3D建造材料的直接数字化制造提供可能。在未来，这些新的激光形态可能会极大地改变目前先进微芯片的制造方式。”

在实验过程中，他们成功地对Si和GaAs这两种材料进行了晶圆表面下修饰。Si和GaAs是微电子工业的两种重要材料，以往无法用传统的超快激光脉冲来对它们进行3D加工。难点就在于强光在窄隙材料内部产生了高效的非线性电离，产生的自由电子能迅速将任何半导体转化为类金属材料，从而使光无法在物质内部深处传播。这种跃迁恶化了聚焦过程，并阻止了使用超快激光器进行晶圆表面下半导体材料改性的发生。

为了解决这个问题，研究小组使用了非常规的超快短波红外脉冲（SWIR）来绕过金属化转变。

据分析，以往的研究使用了太强的光脉冲，以至于太容易激发电子活跃状态。他们没有使用强光脉冲，而是将脉冲能量分解为大量重复频率极快的较弱脉冲。这些脉冲序列（也被称为脉冲），将在光聚焦之前避免强脉冲激发。此外，脉冲将非常快速地重复，因此传输的激光能量可以有效地积累，并穿透过修饰层。

据研究人员称，他们的这项研究成果为半导体材料内的超快激光写入提供了第一个“非常实用”的解决方案。下一步他们将专注于可以在这些材料内部实现的改造类型，折射率的把控方面将成为关键挑战目标。