• Thứ Tư, 17/12/2003 10:02 (GMT+7)

    Chế tạo microchip

    Định nghĩa

     Sản xuất chip là một quá trình được thực hiện trong những nhà máy trị giá hàng tỷ đô la để chuyển những hạt cát tầm thường thành các bộ vi xử lý, chip nhớ và mạch tích hợp dùng trong hầu hết mọi thứ. Đây một trong những ngành công nghiệp phức tạp nhất, đòi hỏi độ chính xác cao nhất và cũng đắt tiền nhất. Tuy nhiên, các nhà sản xuất vẫn tiếp tục tăng gấp đôi khả năng của chip sau mỗi 18-24 tháng.

    Trên đời có những thứ rất đơn giản như hạt cát nhưng lại có những thứ cực kỳ phức tạp như chip máy tính. Thế nhưng chuyện đáng nói là chính thành phần silic đơn giản trong cát lại là điểm khởi đầu cho việc chế tạo những mạch tích hợp phức tạp, có mặt hầu như khắp nơi, từ siêu máy tính cho đến điện thoại di động hay lò vi ba. Chuyển cát vào thiết bị tí hon với hàng triệu thành phần dường như là chuyện không tưởng khi transitor được phát minh vào năm 1947.

    Silic là một chất bán dẫn tự nhiên. Trong một vài điều kiện, nó trở nên dẫn điện; trong một số điều kiện khác nó lại trở thành cách điện. Đặc tính dẫn điện của silic có thể thay đổi tuỳ theo việc bổ sung chất phụ gia (tạp chất), quá trình này được gọi là kích tạp. Những đặc điểm này làm cho nó trở thành vật liệu lý tưởng cho việc chế tạo transitor là những thiết bị đơn giản để khuyếch đại tín hiệu điện. Transitor cũng có thể hoạt động như những bộ chuyển mạch - thiết bị đóng/mở dùng trong tổ hợp để biểu diễn toán tử luận lý Boole như “and”, “or”, “not”.

    Bộ vi xử lý là một loại chip luận lý đảm nhận việc tính toán trong hầu hết máy tính thương mại. Chip bộ nhớ lưu trữ thông tin. Bộ xử lý tín hiệu số chuyển đổi giữa tín hiệu số và tương tự. Mạch điện tử tích hợp mà ta quen gọi là IC là những chip chuyên dụng được dùng cho đồ điện gia đình, xe hơi...

     

     

    Quy Trình

    Chip được chế tạo trong những nhà máy thường được gọi bằng tiếng Anh là fab. Fab nấu chảy và tinh chế cát để sản xuất những thỏi silic tinh thể đơn tinh khiết đến mức 99,9999%. Những thỏi này được cưa mỏng thành những đĩa bán dẫn (wafer) với đường kính khoảng 5-7cm. Những đĩa này được làm sạch và đánh bóng, sau đó mỗi đĩa sẽ được dùng để chế tạo nhiều con chip. Những bước này và những bước tiếp theo được thực hiện trong môi trường “sạch”, nơi có các yêu cầu về chống nhiễm bụi và các chất ngoại lai khác hết sức nghiêm ngặt.

    Một lớp không dẫn điện là silic dioxit được phủ lên bề mặt của đĩa silic này, lớp này lại được bao bằng một loại hoá chất cảm quang được gọi là quang trở.

    Lớp quang trở này sẽ được phơi sáng bằng cách chiếu tia cực tím qua một tấm khuôn hay còn gọi là mặt nạ (mask) để làm cứng những phần lộ sáng. Những phần không lộ sáng sẽ được “đục bỏ” bằng khí nóng để làm lộ lớp nền silic dioxit bên dưới. Lớp nền và lớp silicon tiếp tục được khắc theo những độ sâu khác nhau.

    Lớp quang trở đã được làm cứng bằng quá trình in li tô này (tương tự như phơi bản kẽm ở nhà in) sau đó được loại bỏ, cho ta cấu trúc 3 chiều trên chip - “sao y bản chính” của thiết kế mạch trên mặt nạ. Tính chất dẫn điện của một số thành phần trên chip có thể được biến đổi qua quá trình kích tạp bằng hóa chất trong điều kiện nhiệt và áp suất. Quá trình in li tô được tiến hành với nhiều mặt nạ khác nhau, sau đó thực hiện nhiều quá trình khắc và kích tạp, có thể lặp lại hơn hàng trăm lần trên cùng một con chip, tạo ra mạch tích hợp ngày càng phức tạp hơn tại mỗi bước.

    Để tạo mạch dẫn giữa các thành phần được khắc vào chip, toàn bộ chip sẽ được phủ bằng một lớp kim loại mỏng - thường bằng nhôm - và quá trình in li tô, khắc lại được áp dụng một lần nữa để tạo các đường dẫn cần thiết. Nếu cần, người ta thiết kế thêm những lớp dẫn điện được tách biệt bằng những bộ cách điện thủy tinh.

    Mỗi chip trên đĩa bán dẫn được kiểm tra chất lượng và sau đó được cưa tách ra. Những chip bảo đảm chất lượng được đóng gói theo phương thức riêng để có thể gắn vào các loại bo mạch, chip hỏng được đánh dấu và loại bỏ.

    Computerworld 07/2002

     

     

    ID: A0303_78