Cận cảnh quy trình chế tạo chip bán dẫn tại phòng sạch Đại học Quốc gia TP.HCM
Thông qua quy trình chế tạo khép kín trong phòng sạch, Viện Công nghệ Vật liệu Tiên tiến - ĐHQG TP.HCM từng bước làm chủ quy trình chế tạo chip bán dẫn cơ bản.
Đằng sau những con chip bán dẫn chỉ vài milimet là quy trình chế tạo đòi hỏi độ chính xác gần như tuyệt đối, từ xử lý vật liệu, quang khắc đến kiểm tra chất lượng, cùng các thiết bị chuyên dụng trong môi trường phòng sạch.
Theo chân các nhà khoa học tại Viện Công nghệ Vật liệu Tiên tiến, ĐHQG TP.HCM, phóng viên Báo điện tử VTC News ghi lại những công đoạn chế tạo chip bán dẫn đang được thực hiện nhằm phục vụ nghiên cứu và đào tạo.
Trước khi vào phòng sạch, các nghiên cứu viên phải mặc đầy đủ trang phục chuyên dụng, sau đó đi qua khu vực tắm khí (air shower) nhằm loại bỏ hoàn toàn bụi và các hạt siêu nhỏ bám trên cơ thể.
Ban đầu, wafer (tấm bán dẫn silicon trắng) vẫn chưa mang bất kỳ cấu trúc nào, mà chỉ đóng vai trò là lớp đế/ nền vật liệu trước khi bước vào các công đoạn chế tạo chip.
Bước đầu tiên, Wafer silicon được làm sạch và xếp vào buồng lò oxi hóa nhiệt để oxi hóa tạo lớp oxit cách điện.
Quá trình này làm bề mặt wafer hình thành lớp cách điện để bảo vệ nó.
Bước tiếp theo, các wafer được quang khắc trong phòng sạch đạt chuẩn Class 1.000. Tại đây, cấu trúc linh kiện bán dẫn được hình thành dựa trên các bộ mặt nạ (mask) do Viện thiết kế, với độ chính xác ở cấp độ micro hoặc nhỏ hơn.
Cụ thể, bề mặt wafer được phủ một lớp photoresist - vật liệu polyme nhạy sáng, đóng vai trò như chất cản quang. Sau đó, vật liệu được đưa vào thiết bị so mask quang khắc (mask aligner), nơi ánh sáng được chiếu xuyên qua mặt nạ mang sẵn chi tiết mạch điện theo đúng thiết kế.
Dưới tác động của ánh sáng UV, hình ảnh trên mặt nạ được truyền chính xác xuống bề mặt wafer, tạo nên các mẫu vi cấu trúc ở kích thước siêu nhỏ.
Lúc này, tấm wafer silic đã được “in” lên bề mặt các mẫu mạch vi mô theo đúng thiết kế. Sau đó, nhà khoa học sẽ cắt vật liệu ra thành từng con chip riêng lẻ để sử dụng trong các linh kiện điện tử như cảm biến, điện thoại, máy tính, thiết bị y tế…
Sau khi quang khắc, các mẫu wafer sẽ được nghiên cứu viên đem đi kiểm tra bằng thiết bị phổ hồng ngoại FT-IR hoặc với thiết bị quang phổ Raman.
Cuối cùng, các mẫu wafer sẽ được nghiên cứu viên đưa sang các thiết bị XRD, FESEM, AFM để kiểm tra chất lượng vật liệu và cấu trúc đã được tạo ra.
Với việc từng bước làm chủ quy trình chế tạo chip bán dẫn cơ bản bằng phương pháp quang khắc, Viện AMTI không chỉ phục vụ nghiên cứu khoa học mà còn đóng vai trò quan trọng trong đào tạo nguồn nhân lực cho ngành công nghiệp bán dẫn.
Viện công nghệ Vật liệu Tiên tiến (Advanced Materials Technology Institute - AMTI) trực thuộc Đại học Quốc gia TP.HCM, được thành lập từ ngày 1/7/2025 trên cơ sở hợp nhất Viện Công nghệ Nano (INT) và Trung tâm Nghiên cứu Vật liệu cấu trúc Nano và Phân tử (INOMAR).
Viện là nơi nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ, linh kiện, thiết bị và ứng dụng trong lĩnh vực vật liệu tiên tiến. Đồng thời đảm nhiệm đào tạo nguồn nhân lực trình độ cao, tạo môi trường học thuật để các nhà khoa học và doanh nghiệp trong và ngoài nước hợp tác nghiên cứu, chuyển giao kỹ thuật, phát triển sản phẩm.
Tại Viện AMTI, khu phòng sạch có diện tích 260 m², đạt chuẩn từ Class 100.000 đến Class 1.000, đáp ứng yêu cầu chế tạo và gia công vi linh kiện, vật liệu nano.
Theo PGS.TS Đặng Thị Mỹ Dung - Phó Viện trưởng Viện AMTI, trong gần 20 năm qua, với sự hỗ trợ và hợp tác của các đối tác nước ngoài, Viện đã có nhiều hoạt động nghiên cứu và đào tạo chế tạo linh kiện kích thước micro-nano, chip bán dẫn, vi hệ thống. Với gần như có đầy đủ các điều kiện của một phòng sạch chế tạo vi linh kiện bán dẫn và các thiết bị chuyên dụng đồng bộ, Viện AMTI có khả năng chế tạo những chip đơn giản.