Quy trình sản xuất chip điện tử và công nghệ ứng dụng phổ biến.
Theo Báo Tuổi Trẻ, Việt Nam hiện nay đã lọt vào top 4 nước dẫn đầu Châu Á trong hoạt động xuất khẩu chip điện tử vào thị trường Mỹ. Tuy nhiên, đây mới chỉ được xem là quá trình đặt nền móng ban đầu cho việc sản xuất chip nội địa của doanh nghiệp Việt. [1] Vì vậy, dù đang nhận được những tín hiệu tích cực như trên, các công ty sản xuất chip điện tử tại Việt Nam cũng cần không ngừng cải thiện quy trình sản xuất, liên tục học hỏi cũng như nâng cao năng lực bản thân. Và trong bài viết dưới đây, để tìm hiểu rõ hơn về lĩnh vực này, hãy cùng RX Tradex khám phá quy trình sản xuất chip điện tử với các bước thực hiện đầy đủ cùng những công nghệ mới được ứng dụng hiện nay.
1. Quy trình sản xuất chip điện tử với 8 bước thực hiện
Bước 1: Chuẩn bị wafer (Tấm vật liệu silicon).
Hiện nay, hầu hết tấm wafer đều được làm từ silicon, có nguồn gốc từ cát. Đây là loại vật liệu phổ biến, đóng vai trò nền tảng trong hoạt động sản xuất chip điện tử. Thông thường, doanh nghiệp sẽ áp dụng quy trình sau để chuyển đổi silicon từ cát trở thành tấm wafer:
- Đầu tiên, đun nóng cát thành chất lỏng silicon có độ tinh khiết cao và sau đó hóa rắn bằng quá trình kết tinh.
- Tiếp theo, thanh silicon dạng rắn này được cắt thành một đĩa mỏng.
- Bề mặt của đĩa silicon này sẽ cần phải đánh bóng để loại bỏ khuyết điểm, nhằm đảm bảo tính chính xác khi đưa vào sản xuất chip điện tử. Từ đó, tạo thành tấm wafer hoàn thiện.
Một tấm wafer được làm theo phương pháp này là vật liệu chính cho quy trình sản xuất chip bán dẫn. Đặc biệt, đường kính của wafer càng lớn thì số lượng chip có thể chế tạo càng nhiều.
Bước 2: Tạo màng oxit trên bề mặt wafer.
Màng oxit này còn đóng vai trò như một lớp bảo vệ bề mặt wafer, đồng thời ngăn chặn sự rò rỉ dòng điện giữa các mạch bên trong chip điện tử. Cụ thể, sau khi tấm wafer được mài nhẵn, oxy hoặc hơi nước sẽ được phun lên bề mặt wafer, giúp tạo thành màng oxit đồng nhất.
Bước 3: Vẽ thiết kế mạch trên wafer bằng phương pháp quang khắc (Photolithography).
Tiếp theo, các kỹ sư sẽ thực hiện vẽ thiết kế mạch lên tấm wafer bằng cách sử dụng phương pháp quang khắc. Cụ thể, kỹ sư sẽ đặt lên trên wafer một tấm mặt nạ ảnh (photomask) bằng thủy tinh được thiết kế từ máy tính. Sau đó, phủ một lớp mỏng chất cản quang (photoresist) lên màng oxit được tạo từ trước. Giờ đây, khi ánh sáng truyền qua mặt nạ ảnh, mạch điện sẽ được vẽ trên bề mặt tấm wafer.
Bước 4: Loại bỏ các phần không cần thiết.
Ở bước này, doanh nghiệp sẽ loại bỏ các vật liệu không cần thiết khỏi bề mặt wafer, để đảm bảo chip điện tử có hình dạng giống như thiết kế trên máy tính. Thông thường, các kỹ sư sẽ áp dụng hai phương pháp khắc chủ đạo để loại bỏ phần dư thừa là:
- Khắc khô: Sử dụng khí hoặc plasma để loại bỏ vật liệu thừa trên tấm wafer.
- Khắc ướt: Sử dụng các dung dịch hóa học để thực hiện khắc.
Bước 5: Lắng đọng (Deposition) và cấy Ion (Ion implantation).
Phương pháp lắng đọng (Deposition) là việc phủ một lớp màng mỏng chứa Ion điện, ở cấp độ phân tử hoặc nguyên tử lên tấm wafer. Để thực hiện phương pháp này, doanh nghiệp cần phải áp dụng các công nghệ tinh vi, có độ chính xác cao nhằm trải đều màng mỏng lên tấm wafer để tạo ra đặc tính dẫn điện cho chip bán dẫn. Một số công nghệ lắng đọng được sử dụng phổ biến hiện nay là:
- Lắng đọng hơi hóa học (Chemical Vapor Deposition – CVD).
- Lắng đọng chân không (Physical Vapor Deposition – PVD).
- Lắng đọng nguyên tử (Atomic Layer Deposition – ALD).
- …
Sau khi đã cấy Ion lên tấm wafer, giờ đây vật liệu này đã có thể dẫn điện và đạt tiêu chuẩn để tiến hành sản xuất chip điện tử.
Bước 6: Tạo mạch điện.
Tiếp theo, để các tấm wafer này trở thành chip điện tử, kỹ sư sẽ bắt đầu tạo mạch điện. Cụ thể, một sơ đồ mạch điện được tạo ra theo bản thiết kế, thông qua hệ thống dây kim loại (Metal Wiring). Đây là quá trình cho phép dòng điện luân chuyển trên chip bằng cách sử dụng màng kim loại mỏng từ những vật liệu như: Nhôm, titan hoặc vonfram,… Tại đây, chip điện tử đã được hoàn thiện và sẵn sàng cho các bước kiểm tra sau cùng để có thể đưa ra thị trường.
Bước 7: Kiểm tra sản phẩm bằng phương pháp phổ tán sắc năng lượng (Energy Dispersive Spectroscopy – EDS).
Đây là quá trình kiểm tra để đảm bảo chip điện tử sau khi sản xuất không bị lỗi. Hiểu đơn giản rằng, EDS sẽ giúp doanh nghiệp kiểm soát và loại bỏ những sản phẩm chip không đảm bảo chất lượng hoặc bị khuyết điểm trong quá trình chế tạo. Một số ứng dụng của EDS trong việc kiểm tra chip điện tử là:
- Kiểm tra chất lượng vật liệu.
- Phân tích cấu trúc của các vùng nhỏ trên chip.
- Phân tích vật liệu trên mẫu thử wafer.
- …
Bước 8: Đóng gói sản phẩm chip điện tử.
Đây là bước cuối cùng trong quy trình sản xuất chip điện tử. Tấm wafer sau khi hoàn thiện sẽ được kỹ sư cắt nhỏ để tạo thành các chip bán dẫn riêng lẻ nhằm phục vụ hoạt động sản xuất thiết bị điện tử hoặc chế tạo mạch PCB. Sau đó, doanh nghiệp sẽ tiến hành kiểm tra lần cuối, niêm phong, dán nhãn tên sản phẩm và đưa ra ngoài thị trường tiêu thụ.
2. Những công nghệ mới được ứng dụng trong quy trình sản xuất chip điện tử hiện nay
Dưới đây là một số công nghệ mới đã được áp dụng trong tiến trình sản xuất chip điện tử hiện nay, bao gồm:
- Công nghệ sản xuất chip 3nm: Hiện nay, chip 3nm được xem là công nghệ sản xuất chip điện tử mới nhất, do công ty sản xuất linh kiện hàng đầu TSMC nghiên cứu và phát triển. [2] Với kích thước siêu nhỏ, chip 3nm giúp tăng cường hiệu suất và tiết kiệm năng lượng đáng kể so với các sản phẩm chip điện tử thông thường. Ngoài ra, chip 3nm cũng được TSMC trang bị các tính năng bảo mật tiên tiến và hỗ trợ mạng 5G.
- Công nghệ nano: Đây là phương pháp sản xuất chip điện tử có kích thước ở mức nano. Thông thường, chip nano được tạo ra thông qua các quy trình có tính chính xác đến mức độ nguyên tử hoặc phân tử.
- Công nghệ thêu: Hiện nay, công nghệ thêu đã được sử dụng để tạo ra các vi điện tử trên vải, thay thế những phương pháp sản xuất truyền thống. Việc áp dụng công nghệ thêu trong chế tạo chip điện tử có thể giúp tăng tốc độ sản xuất và giảm chi phí.
- Công nghệ sản xuất chip in 3D: Với công nghệ sản xuất chip in 3D, doanh nghiệp có thể xây dựng các thành phần trên chip điện tử theo các lớp đa chiều, từ đó tích hợp thêm nhiều chức năng và tăng cường hiệu suất xử lý.
- Công nghệ sử dụng vật liệu mới: Các nhà sản xuất chip đã nghiên cứu và áp dụng các vật liệu tiên tiến và mới, như: Graphene, cubic boron arsenide,… để cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.
- …
3. Tổng kết.
Hy vọng, qua bài viết về quy trình sản xuất chip điện tử với các bước thực hiện đầy đủ do RX Tradex tổng hợp ở trên, doanh nghiệp sẽ có thể hiểu rõ hơn về hoạt động chế tạo chip bán dẫn hiện nay. Qua đó, doanh nghiệp có thể tìm kiếm và áp dụng những phương pháp, công nghệ mới phù hợp vào quá trình kinh doanh, vận hành sản xuất để gia tăng lợi thế cạnh tranh trên thị trường. Đặc biệt, trong năm nay, doanh nghiệp mong muốn tìm hiểu thêm về các công nghệ sản xuất, thiết bị điện tử mới nhất, có thể tham gia ngay Triển lãm Quốc tế NEPCON Vietnam do công ty RX Tradex Vietnam tổ chức. Ngoài ra cũng trong năm 2023, RX Tradex còn tổ chức những sự kiện triển lãm hàng đầu khu vực như: Vietnam Manufacturing Expo, METALEX Vietnam và Waste and Recycling Vietnam, mang đến cơ hội giao thương, kết nối với các thương hiệu đầu ngành, đến từ nhiều khu vực hàng đầu thế giới, bao gồm: Châu Âu, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc,…
Chú thích:
