Một con chip bán dẫn được tạo ra như thế nào?

Về bản chất, một con chip bán dẫn không phải là một khối vật liệu đơn giản, mà là một cấu trúc phức tạp được hình thành từ hàng trăm lớp màng mỏng chồng lên nhau. Để chế tạo được từng lớp màng mỏng ấy, nhà máy chip phải làm chủ đồng thời nhiều nhóm công nghệ lõi. Mỗi lớp đều trải qua 7 công đoạn gồm: Làm sạch, lắng đọng, quang khắc, ăn mòn, cấy ion, ủ nhiệt và làm phẳng. Không có công đoạn nào là phụ, không có bước nào được phép làm “tạm”. Toàn bộ quy trình được thiết kế khép kín, tuần tự và lặp đi lặp lại hàng trăm lần cho đến khi con chip hoàn thiện.

Chế tạo chip bán dẫn là một trong những quy trình công nghệ tinh vi và đòi hỏi kỷ luật cao nhất hiện nay.

Nguyên liệu đầu vào của nhà máy là những đĩa wafer trắng, được làm từ tinh thể silic với độ tinh khiết gần như tuyệt đối. Silic dùng trong ngành bán dẫn phải tinh khiết đến mức trong một tỷ nguyên tử silic chỉ cho phép tồn tại một nguyên tử tạp chất. Trước khi bước vào dây chuyền xử lý, wafer phải được làm sạch tuyệt đối, bởi chỉ một hạt bụi siêu nhỏ cũng có thể làm sai lệch cấu trúc mạch và khiến toàn bộ sản phẩm không đạt yêu cầu.

Sau công đoạn làm sạch, wafer được đưa vào lắng đọng – nơi các lớp kim loại hoặc điện môi được phủ lên bề mặt bằng phản ứng hóa học hoặc bay hơi vật lý. Độ dày của mỗi lớp chỉ ở mức nguyên tử, đòi hỏi khả năng kiểm soát nhiệt độ, áp suất và thời gian với độ chính xác cực cao. Một sai số rất nhỏ cũng có thể khiến lớp màng bị vỡ hoặc không đạt đúng đặc tính thiết kế.

Công đoạn tiếp theo là quang khắc, đây được xem là “trái tim” của nhà máy chế tạo chip. Tại đây, các kỹ sư phải giải bài toán in hàng tỷ bóng bán dẫn lên một diện tích chỉ nhỏ bằng một cái móng tay. Đây cũng là nơi sử dụng những thiết bị đắt tiền và phức tạp nhất trong toàn bộ nhà máy. Máy quang khắc, với hàng nghìn linh kiện siêu chính xác, được coi là một trong những cỗ máy phức tạp nhất mà con người từng chế tạo.

Chế tạo chip bán dẫn là một trong những quy trình công nghệ tinh vi và đòi hỏi kỷ luật cao nhất hiện nay. Từ một tấm wafer silic có độ tinh khiết gần như tuyệt đối, chip được hình thành thông qua 1.000 bước công nghệ liên tiếp, kéo dài trong 3 tháng. Chỉ một sai lệch nhỏ ở bất kỳ công đoạn nào cũng có thể ảnh hưởng đến toàn bộ dây chuyền, đòi hỏi năng lực tổ chức, quản trị và làm chủ công nghệ ở trình độ rất cao. 

Mới đây, Viettel khởi công Nhà máy chế tạo chip bán dẫn công nghệ cao tại Khu công nghệ cao Hòa Lạc, TP Hà Nội không chỉ đánh dấu một dự án công nghiệp mới, mà còn mở ra lần đầu tiên Việt Nam chính thức bước vào công đoạn khó nhất, phức tạp nhất của chuỗi giá trị bán dẫn toàn cầu đó là chế tạo chip.

Nhà máy cũng được kỳ vọng trở thành trung tâm đào tạo thực hành cho nguồn nhân lực bán dẫn, gắn đào tạo với môi trường sản xuất thực tế. Thông qua đó, Việt Nam đặt mục tiêu đào tạo 50.000 kỹ sư thiết kế chip trong Chương trình phát triển nguồn nhân lực công nghiệp bán dẫn đến năm 2030, hướng tới quy mô nhân lực ngành công nghiệp bán dẫn Việt Nam đạt trên 100.000 người trong Chiến lược bán dẫn quốc gia đến năm 2040.