Bán dẫn là vật liệu mà khả năng dẫn điện có thể được kiểm soát, nhờ đó có thể tạo ra transistor và các vi mạch được sử dụng trong điện thoại, máy tính, ô tô, thiết bị công nghiệp và hầu hết hệ thống điện tử hiện đại. Silicon là vật liệu bán dẫn phổ biến nhất, nhưng ngành hiện nay còn sử dụng nhiều vật liệu khác như SiC hay GaN cho những ứng dụng yêu cầu công suất, tần số hoặc khả năng chịu nhiệt cao hơn.
Tuy nhiên, từ một vật liệu bán dẫn đến một con chip hoàn chỉnh là cả một chuỗi công nghệ phức tạp. Quá trình thường bắt đầu từ một tấm wafer làm nền. Trên bề mặt wafer, các lớp vật liệu được tạo ra, xử lý, định hình và kết nối để hình thành các cấu trúc điện tử. Sau đó, chip tiếp tục đi qua các bước cắt, lắp ráp, đóng gói, kiểm tra và đo lường trước khi có thể đưa vào sản phẩm cuối cùng.
Có thể hình dung toàn bộ quá trình theo một mạch đơn giản: chất nền → vật liệu và hóa chất → thiết bị xử lý wafer → lắp ráp và đóng gói → phân tích và đo lường → tự động hóa. Đây cũng là cách PMAC đang xây dựng danh mục công nghệ bán dẫn, không theo từng sản phẩm riêng lẻ mà theo các lớp công nghệ có liên quan trực tiếp đến nhau trong quy trình sản xuất.
I. Chất nền bán dẫn là gì?
Chất nền bán dẫn là vật liệu nền để hình thành các cấu trúc điện tử của chip. Vật liệu này thường được chế tạo thành những tấm mỏng gọi là wafer. Trên bề mặt wafer, nhà sản xuất lần lượt hình thành các lớp vật liệu và cấu trúc vi mạch trước khi wafer được cắt thành từng chip riêng biệt.
Trong bài viết này, “chất nền” được hiểu theo nghĩa vật liệu nền dùng trong quá trình chế tạo bán dẫn, không phải phần đế dùng để đóng gói chip ở công đoạn sau. PMAC hiện phát triển danh mục gồm Silicon, SOI, SiC, GaN cùng các loại wafer phục vụ thử nghiệm, kiểm tra và tái sử dụng.
Việc lựa chọn chất nền phụ thuộc vào loại linh kiện và điều kiện vận hành. Silicon phù hợp với phần lớn ứng dụng bán dẫn truyền thống, trong khi SiC và GaN ngày càng được quan tâm trong những ứng dụng yêu cầu điện áp, công suất, tần số hoặc khả năng chịu nhiệt cao. Trong ngành, SEMI cũng xây dựng các tiêu chuẩn riêng cho nhiều loại vật liệu và wafer bán dẫn, trong đó có tiêu chuẩn cho wafer SiC và GaN.
Hình 1: Chất nền bán dẫn là gì?
II. Vật liệu bán dẫn và hóa chất bán dẫn gồm những gì?
Sau khi có wafer phù hợp, nhà sản xuất phải liên tục thêm vào, loại bỏ hoặc biến đổi những lớp vật liệu rất nhỏ trên bề mặt. Các công nghệ như PVD, CVD và ALD được sử dụng để tạo màng; quang khắc và khắc giúp hình thành cấu trúc; cấy ion điều chỉnh đặc tính điện; làm sạch giúp kiểm soát nhiễm bẩn; trong khi CMP được sử dụng để làm phẳng bề mặt trước khi chuyển sang những lớp tiếp theo.
PMAC đang mở rộng nhóm vật liệu bán dẫn từ vật liệu tạo màng PVD, tiền chất CVD/ALD đến vật liệu xi mạ, vật liệu liên kết, vật liệu gắn chip, hóa chất độ tinh khiết cao, vật liệu quang khắc và vật tư CMP.
Trong đó, xi mạ bán dẫn là một trong những lĩnh vực có sự kế thừa rõ từ kinh nghiệm của PMAC về kim loại quý, hóa chất và công nghệ bề mặt. Trong linh kiện bán dẫn, các lớp kim loại dù có kích thước rất nhỏ vẫn có thể ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng dẫn điện, độ bền tiếp xúc và độ ổn định của linh kiện.
Vì các công đoạn nối tiếp và phụ thuộc lẫn nhau, vật liệu bán dẫn không thể được lựa chọn chỉ dựa trên thành phần hoặc thông số riêng lẻ. Độ tinh khiết, độ ổn định giữa các lô, khả năng tương thích với thiết bị và điều kiện vận hành đều có thể ảnh hưởng đến kết quả của những bước tiếp theo.
III. Thiết bị sản xuất bán dẫn gồm những công nghệ nào?
Nếu vật liệu là đầu vào của quy trình, thiết bị là công cụ trực tiếp tạo ra và biến đổi cấu trúc trên wafer. Mỗi công đoạn đòi hỏi một nhóm công nghệ khác nhau và mức độ kiểm soát rất cao.
PMAC đang mở rộng nhóm vật liệu bán dẫn từ vật liệu tạo màng PVD, tiền chất CVD/ALD đến vật liệu xi mạ, vật liệu liên kết, vật liệu gắn chip, hóa chất độ tinh khiết cao, vật liệu quang khắc và vật tư CMP.
Đây cũng là phần có sự kế thừa rõ rệt từ kinh nghiệm của PMAC trong kim loại quý, hóa chất và vật liệu xi mạ bán dẫn, đặc biệt ở những công đoạn đòi hỏi kiểm soát chất lượng lớp kim loại và độ ổn định của quy trình.
>> Tìm hiểu thêm: Vật liệu xi mạ bán dẫn tại PMAC.
Tuy nhiên, khi đi vào bán dẫn, yêu cầu kiểm soát cao hơn đáng kể: tạp chất rất nhỏ, độ ổn định giữa các lô hoặc sai lệch thành phần đều có thể ảnh hưởng đến kết quả của công đoạn phía sau. Vì vậy, vật liệu không chỉ cần đúng, mà còn phải phù hợp với thiết bị và điều kiện sản xuất thực tế.
IV. Lắp ráp và đóng gói bán dẫn là gì?
Sau khi quá trình chế tạo trên wafer hoàn tất, wafer được cắt thành các chip đơn. Nhưng những chip này chưa thể được đưa trực tiếp vào điện thoại, máy tính hay các thiết bị điện tử. Chúng cần tiếp tục được gắn, kết nối, bảo vệ và kiểm tra.
Intel gọi đây là nửa sau của quá trình sản xuất bán dẫn – lắp ráp và kiểm thử. Một hoặc nhiều chip được gắn lên đế đóng gói, qua đó tạo kết nối điện, tăng độ bền cơ học và bảo vệ chip trước các tác động từ môi trường.
Trong nhóm này, PMAC đang mở rộng các giải pháp liên quan đến vật liệu gắn chip, dây liên kết, bump hàn, chất trợ hàn, thiết bị gắn chip, thiết bị cắt wafer và thiết bị thăm dò.
Khi cấu trúc chip ngày càng phức tạp, đóng gói không còn chỉ là lớp bảo vệ bên ngoài. Các công nghệ đóng gói tiên tiến ngày càng tham gia trực tiếp vào việc kết nối nhiều chip, quản lý nhiệt và cải thiện hiệu suất toàn hệ thống. Điều này khiến mối liên hệ giữa vật liệu đóng gói, độ chính xác của thiết bị và năng lực đo lường trở nên chặt chẽ hơn.
>> Xem thêm: Tìm hiểu chi tiết về đóng gói bán dẫn tại PMAC
V. Phân tích và đo lường trong sản xuất bán dẫn có vai trò gì?
Trong sản xuất bán dẫn, không thể chờ đến khi chip hoàn thiện mới kiểm tra chất lượng. Nhà sản xuất phải liên tục theo dõi những gì đang xảy ra trong từng bước của quy trình: thành phần vật liệu có đúng không, lớp màng có đạt độ dày yêu cầu không, bề mặt có đủ phẳng không, cấu trúc có xuất hiện khuyết tật hay điện trở có nằm trong giới hạn kiểm soát hay không.
Khi kích thước cấu trúc ngày càng nhỏ, một sai lệch rất nhỏ ở công đoạn đầu cũng có thể tiếp tục ảnh hưởng đến nhiều bước phía sau. Vì vậy, phân tích và đo lường trở thành một phần trực tiếp của kiểm soát quy trình chứ không đơn thuần là bước kiểm tra sản phẩm cuối cùng.
PMAC đang phát triển nhóm công nghệ này với XRF, ICP-OES, ICP-MS, AAS, kính hiển vi, SEM, AOI, X-Ray, đo độ dày màng, đo biên dạng bề mặt, đo quang học, ellipsometry và đầu dò bốn điểm.
Hình 2: Phân tích và đo lường trong sản xuất bán dẫn có vai trò gì?
Mỗi công nghệ trả lời một câu hỏi khác nhau. XRF có thể hỗ trợ phân tích thành phần hoặc độ dày lớp phủ; ICP-OES và ICP-MS phục vụ phân tích nguyên tố ở mức hàm lượng thấp hơn; SEM cho phép quan sát cấu trúc bề mặt; AOI và X-Ray hỗ trợ phát hiện các dạng khuyết tật; trong khi đầu dò bốn điểm phục vụ đánh giá đặc tính điện của vật liệu.
Dữ liệu từ những phép đo này giúp doanh nghiệp phát hiện sai lệch sớm hơn, xác định nguyên nhân và tránh để một vấn đề tiếp tục đi sâu vào dây chuyền. Đây cũng là lý do kiểm thử bán dẫn ngày càng gắn chặt với năng lực phân tích, đo lường và kiểm soát quy trình.
>> Xem thêm: Kiểm thử bán dẫn là gì?
VI. Tự động hóa nhà máy bán dẫn gồm những gì?
Trong sản xuất bán dẫn, đo lường không chỉ dành cho bước kiểm tra thành phẩm. Nhà sản xuất phải liên tục biết thành phần vật liệu có đúng không, lớp màng có đạt độ dày yêu cầu không, bề mặt có đủ phẳng không, cấu trúc có khuyết tật hay điện trở có nằm trong giới hạn cho phép hay không. Khi cấu trúc chip ngày càng nhỏ, sai lệch rất nhỏ cũng có thể trở thành vấn đề lớn hơn ở các bước tiếp theo.
Vì vậy, PMAC đang mở rộng nhóm phân tích và đo lường với XRF, ICP-OES, ICP-MS, AAS, SEM, kính hiển vi, AOI, X-Ray, đo độ dày màng, đo biên dạng bề mặt, đo quang học, ellipsometry và đầu dò bốn điểm. Mỗi công nghệ trả lời một câu hỏi khác nhau về vật liệu hoặc quy trình, và chính dữ liệu này giúp doanh nghiệp phát hiện sai lệch trước khi chúng tiếp tục đi sâu hơn vào dây chuyền.
Hình 3: Tự động hóa nhà máy bán dẫn
VII. PMAC kết nối các công nghệ trong chuỗi sản xuất bán dẫn như thế nào?
Nhìn từ toàn bộ quá trình, có thể thấy sản xuất bán dẫn hình thành từ nhiều lớp năng lực liên tiếp: chất nền tạo điểm bắt đầu; vật liệu và hóa chất hình thành các lớp chức năng; thiết bị thực hiện quá trình xử lý; lắp ráp – đóng gói đưa chip thành sản phẩm có thể sử dụng; phân tích và đo lường kiểm soát chất lượng; tự động hóa giúp các công đoạn vận hành ổn định hơn. Danh mục bán dẫn của PMAC hiện được xây dựng theo chính các nhóm công nghệ này.
PMAC cũng không định hướng xây toàn bộ danh mục quanh một nhà cung cấp duy nhất. Bán dẫn là ngành có mức độ chuyên môn hóa rất cao, trong đó mỗi đối tác có thể mạnh ở một lớp công nghệ khác nhau. Vì vậy, vai trò PMAC hướng tới là kết nối mạng lưới công nghệ quốc tế với yêu cầu cụ thể của doanh nghiệp, sau đó hỗ trợ quá trình đưa công nghệ vào vận hành thực tế.
VIII. Hệ sinh thái bán dẫn PMAC được phát triển theo hướng nào?
Việc mở rộng sang bán dẫn không đồng nghĩa PMAC mới chuyển từ bán sản phẩm sang cung cấp dịch vụ. Mô hình phục vụ trọn quy trình đã được hình thành từ nhiều năm trong kim loại quý, xi mạ, phân tích – kiểm nghiệm và thu hồi – phân kim. Với bán dẫn, nền tảng đó được mở rộng sang một hệ công nghệ có mức độ chuyên môn hóa cao hơn.
Điều này đặc biệt quan trọng khi doanh nghiệp Việt muốn tham gia sâu hơn vào chuỗi cung ứng bán dẫn, nơi yêu cầu về chất lượng, dữ liệu, truy xuất và khả năng hỗ trợ kỹ thuật ngày càng cao.
>> Xem thêm: Vì sao doanh nghiệp Việt khó chen chân vào chuỗi cung ứng bán dẫn?
PMAC hiện định hướng hỗ trợ từ tư vấn kỹ thuật, hỗ trợ ứng dụng và lựa chọn công nghệ đến lắp đặt, chạy thử, hỗ trợ hiệu chuẩn, bảo trì và đào tạo. Điểm mới vì vậy không nằm ở mô hình dịch vụ, mà ở phạm vi công nghệ PMAC có thể kết nối trong một quy trình sản xuất bán dẫn ngày càng rộng hơn.
Từ chất nền đến vật liệu, thiết bị, đóng gói và đo lường, mỗi công nghệ chỉ tạo ra giá trị khi được đặt đúng vị trí và hoạt động phù hợp với những công đoạn xung quanh. Với PMAC, phát triển hệ sinh thái bán dẫn vì vậy không đơn thuần là mở rộng danh mục sản phẩm. Trọng tâm là kết nối đúng công nghệ, đúng đối tác và đúng năng lực hỗ trợ quanh nhu cầu sản xuất thực tế của từng doanh nghiệp.
Theo dõi PMAC để cập nhật thêm về đóng gói, kiểm thử và vật liệu bán dẫn.
Công ty Cổ phần PMAC
HCM: Trung Tâm Công nghệ cao, Lầu 4, Tòa nhà HUTECH, đường D1, Khu Công Nghệ Cao, Phường Tăng Nhơn Phú, TP. Hồ Chí Minh
HN: Số 22B Ơ2 Bán Đảo Linh Đàm, Phường Hoàng Liệt, TP Hà Nội
Hotline: 0387 235 878
Fanpage: PMAC