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裂縫開啟奈米科技新方法

顯微鏡影像顯示了在薄膜/基材複合元件中間垂直跑出一條波浪狀的裂縫。當波浪狀的裂縫轉向影像頂端的右方時,變成直線。圖片來源:physicsworld.com

大多數製造業者對裂縫(crack)避之唯恐不及,然而最近南韓科學家卻示範了如何製造奈米級裂縫並控制其散佈,以便用來在矽晶圓上製作預設的圖案。他們表示這種方法提供了傳統微影術之外更快、更便宜的積體電路製造方式。

當兩種晶格結構不匹配的材料層疊生長時,便可能出現裂縫。例如在矽基板上沉積一薄層的氮化矽,兩材料介面間累積的應力會使晶格變形,一旦變形產生的位能足以掙脫材料原子或分子間的鍵結時,便會生成擴散至在兩種材料內的裂縫。

首爾梨花女子大學(Ewha Womans University)的 Koo Hyun Nam 等人最近卻利用裂縫,在矽基板上製作精心設計的圖案。他們先在 0.5 mm 厚的矽晶圓上的特定位置,蝕刻出有特定方向的微小結構,然後沉積上薄薄一層氮化矽,氮化矽帶來的應力會集中在這些刻痕上。他們也在基板上刻出階梯結構,用來阻止裂縫散播,或將裂縫隔絕於某一區域外。

Nam 等人藉由改變晶圓中的晶面方向,或調整沉積時的參數(如溫度或壓力),製作出直線或波浪狀的裂縫。裂縫的寬度介於 10-120 nm 之間,波狀裂縫的寬度要比直線裂縫寬。他們甚至在矽基板與氮化矽之間沉積一層二氧化矽,製作出縫線狀(stitch-like)縫製。

該團隊還發現,在未嵌入二氧化矽層的區域,裂縫對矽基板的切入較深,因此走向會比較平行基板的晶面,而在含二氧化矽層的區域,這種對齊的機制較弱,因此裂縫會改變走向,換言之,可以藉由只在部份區域加入二氧化矽,使裂縫像光折射般改變方向。

該團隊指出,上述方法提供了半導體製造業一個比傳統微影術更快、更便宜的選擇。詳見 Nature 485, pp.221 (2012) | DOI:doi:10.1038/nature11002。

譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
原文網址:A cracking approach to nanotechnology—physicsworld.com [2012-05-15]

本文來自 NanoScience 奈米科學網 [2012-06-08]

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