Hiểu về quá trình sản xuất chip bán dẫn

Ngành công nghiệp bán dẫn là một hệ sinh thái rộng lớn, phức tạp, luôn vận động và phát triển không ngừng. Trong bài học này, chúng ta sẽ tìm hiểu về các quy trình sản xuất chip bán dẫn thiết yếu.

1. Từ cát đến đế bán dẫn (Wafer): Silicon là nguyên liệu chính để sản xuất chất bán dẫn. Để biến silicon thành chip bán dẫn, nó cần trải qua các quá trình: sản xuất đế bán dẫn (wafer), oxy hóa, quang thạch, khắc, phủ màng và cấy ion, đi dây kim loại, kiểm tra bán phá hủy (EDS) và đóng gói. Sản xuất đế bán dẫn (Wafer): Silicon được chiết xuất từ cát, nung chảy thành dạng lỏng có độ tinh khiết cao, sau đó được làm rắn lại bằng phương pháp kết tinh. Thanh silicon thu được (gọi là phôi) được cắt thành những lát mỏng hình tròn (wafer). Bề mặt của wafer thô ráp và có khuyết điểm nên cần được đánh bóng để đảm bảo độ chính xác của mạch.

2. Vẽ mạch trên wafer: Quang thạch (Photolithography): Giống như việc vẽ bản thiết kế để xây dựng một tòa nhà, quá trình quang thạch vẽ mạch điện lên wafer. Một lớp vật liệu cảm quang (photoresist) được phủ lên bề mặt wafer, sau đó chiếu sáng qua tấm mask chứa họa tiết mạch. Ánh sáng làm thay đổi tính chất của photoresist, tạo ra hình ảnh mạch trên bề mặt wafer. 3. Khắc và phủ lớp mỏng: Khắc (Etching): Các vật liệu không cần thiết được loại bỏ để chỉ còn lại họa tiết mạch mong muốn. Có hai phương pháp khắc: khắc ướt (sử dụng dung dịch hóa học) và khắc khô (sử dụng khí hoặc plasma). Phủ màng (Deposition): Một lớp cách điện mỏng được phủ lên wafer để phân tách và bảo vệ các mạch xếp chồng lên nhau. Quá trình này đòi hỏi công nghệ chính xác và tinh vi để phủ lớp mỏng đồng đều lên wafer.

4. Hoàn thiện chip: Cấy ion (Ion implantation): Quá trình này giúp bổ sung tạp chất vào silicon, làm cho nó dẫn điện. Đi dây kim loại (Metal wiring): Một lớp kim loại mỏng (như nhôm, titan hoặc vonfram) được phủ lên wafer để tạo đường dẫn cho dòng điện chạy qua. Kiểm tra bán phá hủy (EDS) và đóng gói: Sau khi hoàn thành các bước trên, wafer được kiểm tra để loại bỏ các chip lỗi. Cuối cùng, wafer được cắt thành từng chip riêng lẻ, đóng gói và gắn lên bảng mạch điện tử (PCB) để sử dụng trong các thiết bị điện tử. Đây chỉ là phần tóm tắt ngắn gọn về quá trình sản xuất chip bán dẫn. Hy vọng qua bài viết này, bạn đã có cái nhìn tổng quan hơn về hành trình phức tạp đằng sau sự ra đời của những chip bán dẫn nhỏ bé nhưng đóng vai trò quan trọng trong cuộc sống hiện đại.