Từ cát đến chip.

[Rommel.de]

Em đang tự hỏi "liệu có liên quan gì tới skin or hall effect gì k nhỉ"?

Tớ chưa hiểu ý bạn lắm. Bạn có thể nói rõ hơn được không?

[hithere123]

Theo mình thì về mặt nguyên tắc có thể tạo via có kích thước lớn hơn (trong phòng thí nghiệm), tuy nhiên trong sản xuất hàng loạt thì kích thước này được cố định để đảm bảo độ đồng đều (uniform) của via/contact ở bước ăn mòn (etch process).

Thân mến,

[Paddy]

Theo mình thì về mặt nguyên tắc có thể tạo via có kích thước lớn hơn (trong phòng thí nghiệm), tuy nhiên trong sản xuất hàng loạt thì kích thước này được cố định để đảm bảo độ đồng đều (uniform) của via/contact ở bước ăn mòn (etch process).

Thân mến,

Cũng có thể lắm. Cách đây vài năm tớ có lấy 1 lớp về "đóng gói" cho chip.

Lớp này đưa ra các kỹ thuật mới về đóng gói cho nhiều miếng dice trong một con chip.

Các loại memory chip của flash thì họ chồng nhiều dice lên rồi dùng wire bonding nối các dice lại với nhau. Vì wire bond tốn chỗ nên bây giờ họ làm ra loại die mà có via thật lớn để nối giữa die này với die khác khi chồng lên nhau. Đây là lối làm khác với hybrid chip vài chục năm trước. Ngày xưa thì họ để các die nằm gần nhau rồi nối chung lại, thường thì các loại khác nhau như audio - power - DSP. Loại tớ nói trên là cùng một thứ như memory chẳng hạn

Ông thầy có phán 1 câu là fab thì rất rành về "khoan" via nhỏ, nhưng khi đụng vào via lớn thì họ không rành lắm (không làm được). Vì vậy bây giờ phải nghiên cứu lại lối làm via thật lớn.

[Paddy]

Plasma Etch.

Phần trên có nói về plasma etch, vậy nó là cái gì ?

Như các bác đã biết thì plasma là thể thứ tư của các chất (rắn, lỏng và hơi). Nó là một dạng hơi với ion.

Tạo ra plasma thì rất nhiều cách. Một cách các bác có thể làm tại nhà là gỡ đầu bu-gi ra rồi đề máy xe lên. Tia điện sẽ ion hóa không khí và tạo ra plasma. Dạng plasma này không tồn tại lâu được và sẽ biết mất ngay lập tức.

Trong fab thì họ cũng làm như vậy thôi, nhưng với các loại ga như argon, Cl, áp xuất thấp chừng vài torr. Với môi trường như thế thì plasma sẽ tồn tại lâu hơn. Khi bị ion hóa thì một số ga sẽ phản ứng "mạnh" hơn và sẽ etch nhanh hơn. Các loại hơi như Cl, F sẽ phản ứng với wafer, và sẽ phản ứng mạnh hơn nếu bị ion hoá. Đây là lối etch hóa học dùng thêm plasma.

Tuy nhiên trong plasma etch này khi dùng khí trơ argon thì không có phản ứng hóa học nào mà chỉ có phản ứng "vật lý" (physical etching). Nó là một dạng nước chẩy đá mòn. Tức là thay vì dùng hóa học (như khí Cl) để etch thì họ dùng khí trơ để làm mòn mặt wafer. Không rõ tại VN có cái này không, tại Mỹ họ dùng một loại cát thật mịn rồi phun ra với áp xuất thật cao để tẩy lớp sơn cũ trên các mặt kim loại. Physical etching là như vậy đó. Họ dùng RF và điện DC để tạo ra plasma. Các ion sẽ chạy với tốc độ cao và sẽ va chạm vào mặt wafer (giống như các hột cát bắn vào lớp sơn). Năng lượng khi va chạm đủ để đánh văng các phân tử trên mặt wafer.

Tại sao không dùng khí trơn He ? Đơn giản thôi. Ar nặng hơn He rất nhiều cho nên quán tính nó sẽ lớn hơn khi đập vào mặt wafer. Cũng như các bác ném một hòn bi sắt và một hòn bi giấy. Sức tay ném sẽ cho ra vận tốc ngang nhau, nhưng hòn bị sắt sẽ có quán tính lớn hơn và do đó mà sức "công phá" lớn hơn.

Nếu tổng hợp 2 thứ etch hóa học và vật lý nói trên lại thì sẽ ra loại kêu là REI - Reactive Ion Etch.

Các bác có thể đọc link dưới để tìm hiểu thêm.




http://mems.caltech.edu/courses/EE18...%20etching.pdf

[bqviet]

Cảm ơn Paddy và hithere123 đã bỏ công viết luồng này, dễ đọc nhất từ trước tới nay về chủ đề nấu vật liệu bán dẫn.

Bqv vẫn luôn tự hỏi việc này có thể làm tại nhà theo kiểu DIY để chơi được không, với kinh phí dưới 10K$ ? Rất nhiều việc từ trước tới nay được coi là công nghệ cao đều đã có cách tự làm ở mức độ đơn giản kiểu DIY, ví dụ
_ Mạch in kiểu toner transfer
_ CNC đơn giản, với máy phay/tiện cỡ nhỏ, động cơ bước, phần mềm Mach hoặc EMC
_ Tua-bin gió/nước công suất nhỏ
...

Một vài nơi trên mạng đã có hướng dẫn tự làm đèn điện tử đơn giản, nhưng chưa thấy nơi nào có DIY semiconductor cả.

Có ai rành về kinh nghiệm thực tế làm ơn khai sáng cho bqv với. Nhiều ông ở VN bỏ cả chục ngàn $ để chơi đĩa than, khuếch đại đèn điện tử, dàn loa hàng khủng ... để trở thành và/hoặc ra vẻ Audiophile, thiết nghĩ nhiều người làm điện tử cũng có thể thử tốn vài ngàn thử nấu cát thành diode, transistor đơn giản chỉ để thỏa cái thú chơi được.

[Paddy]

Cảm ơn Paddy và hithere123 đã bỏ công viết luồng này, dễ đọc nhất từ trước tới nay về chủ đề nấu vật liệu bán dẫn.

Bqv vẫn luôn tự hỏi việc này có thể làm tại nhà theo kiểu DIY để chơi được không, với kinh phí dưới 10K$ ? Rất nhiều việc từ trước tới nay được coi là công nghệ cao đều đã có cách tự làm ở mức độ đơn giản kiểu DIY, ví dụ
_ Mạch in kiểu toner transfer
_ CNC đơn giản, với máy phay/tiện cỡ nhỏ, động cơ bước, phần mềm Mach hoặc EMC
_ Tua-bin gió/nước công suất nhỏ
...

Một vài nơi trên mạng đã có hướng dẫn tự làm đèn điện tử đơn giản, nhưng chưa thấy nơi nào có DIY semiconductor cả.

Có ai rành về kinh nghiệm thực tế làm ơn khai sáng cho bqv với. Nhiều ông ở VN bỏ cả chục ngàn $ để chơi đĩa than, khuếch đại đèn điện tử, dàn loa hàng khủng ... để trở thành và/hoặc ra vẻ Audiophile, thiết nghĩ nhiều người làm điện tử cũng có thể thử tốn vài ngàn thử nấu cát thành diode, transistor đơn giản chỉ để thỏa cái thú chơi được.

Nếu bác BQV chỉ muốn làm 1 con diode hay transistor đơn giản tại nhà thì có thể được theo phương cách đầu tiên của 3 người cha đẻ transistor.

Còn làm transistor hay diode từ wafer ra thì không nổi đâu vì rất nhiều lý do:

Cần điện công nghệ - trư khi bác có sẵn hãng xưởng chạy điện công nghệ thì mới có đủ công xuất.

Cần photolithography - Những mạch li ti này không rõ dân chụp cho PCB có thể làm nổi không.

Cần hóa chất đặc biệt - Hơn chục năm trước tớ rảnh hơi nên ngồi coi trong fab có những hoá chất nào. Tình cờ biết được là có đủ các hóa chất để bào chế crystal meth (hay là LSD - angel dust, quên mất rồi). Đây là một loại ma tuy nhân tạo hay dùng tại Mỹ. Tớ nói chuyện với ông boss thì ông đố tớ có thể làm được. Tớ hỏi tại sao không làm được thì ông ấy nói nhà nước và hãng biết rõ những chất "quan trọng" và kiểm tra số lượng dùng thường xuyên. Cho nên muốn ăn cắp các chất này là hãng và nhà nước biết liền. Thêm vào đó các chất cực độc như arsine, phosphine, v.v. không thể nào mua về nhà được.

Máy móc - tớ mới viết tới phần etch mà đã thấy cả chục loại máy khác nhau rồi. Không biết có thể DYI các loại máy này tại nhà nổi không. Ngay cả các trường ĐH tại Mỹ cũng không có tiền xắm máy mà thường là các hãng cho máy cũ để đem về thí nghiệm, hoặc cho học sinh vô fab làm thí nghiệm.

[bqviet]

Như vậy là DIY điện tử mới tạm dừng ở mức đèn chân không thôi vậy.

[Paddy]

Deposition 1

Deposite trong fab có nghĩa là "đắp lên". Danh từ là deposition. Thường thì dùng để chỉ về công việc làm trong phần đắp lớp dẫn điện (Metal layer) trong khâu Thinfilm.

Có 3 lối đắp kim loại lên mặt wafer.

Lối đầu tiên kêu là evaporator - tạm dịch là "bốc hơi", gọi tắt là evap. Mục đích chính là làm cho một kim loại biến thành thể "hơi" và đọng lại trên mặt wafer. Kết quả là một lớp phim kim loại mỏng.

Loại đầu tiên trên thế giới là "hình như" có trên 100 năm rồi (tớ có đọc về cái này nhưng không có cuốn sách nên không nhớ rõ khoảng thời gian nào). Dĩ nhiên lúc đó họ dùng để mạ các kim loại khác để làm những thứ như nữ trang chẳng hạn (mạ vàng, mạ bạc). Lối này thì họ dùng một nguồn nhiệt thật cao, cho kim loại mạ (như vàng) vào làm nó bốc hơi trong một buồng chân không. Hơi vàng sẽ bám lên trong buồng chân không, trong đó có chứa đồ mà người ta muốn mạ. Tớ chưa thấy loại máy này, nhưng có nói chuyện với một tay trong nghề lâu năm thì nghe kể rằng thời 70-80 họ dùng máy này trong fab. Họ dùng một cuộn dây vàng (giống như một cuộn dây chì để hàn điện). Cuộn dây này được đưa vô lò chân không, đầu sợi dây sẽ chạm vào một điểm nóng và nó sẽ bốc hơi rồi bám lên mặt wafer. Tớ không hỏi kỹ lắm nhưng đoán chừng là wafer sẽ được sạc qua giòng DC để nói có mức điện khác với hơi vàng, làm cho hơi vàng sẽ bám vô nhiều hơn (so với thành máy của lò chân không). Kiểu như dùng tĩnh điện để lọc bụi trong không khí ấy mà.

Loại kế tiếp là dùng súng điện tử - electron beam gun. Nó giống như một CRT, tức là có một heater tạo ra electron. Từ đó tạo ra -ion của một loại ga nào đó. Loại ga này sẽ bị nam châm là chạy nhanh lên rồi bắn vô mặt kim loại mà mình sẽ dùng để mạ. Với vận tốc cao, -ion làm chẩy mặt kim loại và làm nó bốc hơi. Phần còn lại thì như đã giải thích ở trên.

Tớ chưa thấy cách loại máy này, chỉ biết qua sách vở thôi. Các bác có thể kiếm thêm trên mạng khi dùng tư khóa như thin film evaporator


Evaporation (deposition) - Wikipedia, the free encyclopedia

[hithere123]

Chào bác Paddy,

Em xin phép làm loãng topic ra xíu chứ không em thấy nó đóng băng lâu quá rồi

Các lý do làm cho việc DIY một mosfet gần như là không thể, bác Paddy đã nói rồi. Em chỉ bổ xung thêm là nó cũng chính là lý do mà công nghệ CMOS mãi sau này mới trở nên nổi tiếng mặc dù lý thuyết về FET ra đời trước lý thuyết về bipolar. (làm MOSFET khó hơn vì cần phòng sạch, và một cơ số các điều kiện khác nữa)

Tuy nhiên phiêu với ý tưởng nghịch của bác bqviet, em thấy với điều kiện Việt Nam hiện nay mình có thể mua một vài cái máy FIB cũ về nghịch cũng hay. Thậm chí sau khi nghịch xong mình kiêm luôn việc làm service cho các công ty ở Việt nam hiện nay để kiếm thêm. Tính kinh tế của việc xuất hiện các công ty dịch vụ (hỗ trợ) cho lĩnh vực IC ở Việt Nam hiện nay là không ổn (trước có công ty pacifab của Đài mở ở Bắc Ninh, nhưng giờ tịt rồi thì phải , nhưng để nghịch thì cùng vui bác bqviet nhỉ.

Ý tưởng của em là: mạch IC số lượng ít mình có thể nhờ MOSIS làm, Việt Nam đầu tư probe station và FIB để nghịch. Không biết bác Paddy có biết chỗ nào mua mấy cái máy này rẻ chút không (giá tương đương em kia morning chẳng hạn)?

Thân mến,

[bqviet]

Ý của hithere123 là : trở ngại lớn nhất đối với DIY semiconductor là công nghệ phòng sạch ? Người làm chơi không thể xây dựng được môi trường đủ sạch để làm bán dẫn ?

Nếu đúng vậy thì tập trung vào giải quyết hướng này, nếu làm chơi mà có thể xây dựng được "phòng đủ sạch" thì có thể dùng cho nhiều trò chơi khác nữa, bên cạnh bán dẫn.

[hithere123]

Cái "phòng sạch" ở đây cũng không nhất thiết phải là cái phòng bác ạ. Ngày xưa thời các cụ làm bán dẫn thì máy móc vẫn đơn sơ lắm. Các cụ toàn chế mosfet trong điều kiện môi trường bình thường nên bị mấy cái hạt bụi nó chui vào làm cho không ra được con mosfet, thế nên các cụ mới làm con bipolar trước.

Bài trước em có nói là mua cái máy FIB cũ về, load cái wafer vào buồng xử lý của nó là phòng sạch luôn rồi. Bác cứ nịnh bác Paddy tìm cho cái máy FIB cũ, em đảm bảo với bác, DIY bán dẫn không còn quá xa vời nữa đâu.

[bqviet]

Bqv đi gom $ và gom ... giọng để nịnh bác Paddy vậy.

[Paddy]

Chào bác Paddy,

Em xin phép làm loãng topic ra xíu chứ không em thấy nó đóng băng lâu quá rồi

Các lý do làm cho việc DIY một mosfet gần như là không thể, bác Paddy đã nói rồi. Em chỉ bổ xung thêm là nó cũng chính là lý do mà công nghệ CMOS mãi sau này mới trở nên nổi tiếng mặc dù lý thuyết về FET ra đời trước lý thuyết về bipolar. (làm MOSFET khó hơn vì cần phòng sạch, và một cơ số các điều kiện khác nữa)

Tuy nhiên phiêu với ý tưởng nghịch của bác bqviet, em thấy với điều kiện Việt Nam hiện nay mình có thể mua một vài cái máy FIB cũ về nghịch cũng hay. Thậm chí sau khi nghịch xong mình kiêm luôn việc làm service cho các công ty ở Việt nam hiện nay để kiếm thêm. Tính kinh tế của việc xuất hiện các công ty dịch vụ (hỗ trợ) cho lĩnh vực IC ở Việt Nam hiện nay là không ổn (trước có công ty pacifab của Đài mở ở Bắc Ninh, nhưng giờ tịt rồi thì phải , nhưng để nghịch thì cùng vui bác bqviet nhỉ.

Ý tưởng của em là: mạch IC số lượng ít mình có thể nhờ MOSIS làm, Việt Nam đầu tư probe station và FIB để nghịch. Không biết bác Paddy có biết chỗ nào mua mấy cái máy này rẻ chút không (giá tương đương em kia morning chẳng hạn)?

Thân mến,

Tớ không rõ lý thuyết nào ra trước. Tuy nhiên lúc ra đời con MOSFET năm 1962 thì lúc đó phòng sạch trong kỹ nghệ chưa có đâu. Theo các lão làng trong nghề kể lại thì thời 70 là chưa có phòng sạch. Yield một wafer là chừng 20%. Bữa nào yield lên 30% là được thưởng. Vì $$$ nên các bác cầm chèo bắt buộc phải làm sao cho yield đi lên cao hơn. Lúc đó họ mới tìm ra là vì kích thước nhỏ cho nên 1 hột bụi nhỏ có thể làm hư mạch. Từ đó bắt đầu có phòng sạch, nhưng kiểu phòng sạch trong bệnh viện thôi chứ không như ngày nay. Kỹ nghệ mạch nhỏ đi, cho nên đòi hỏi phòng sạch phải lọc được những hột bụi nhỏ hơn ---> ra phòng sạch bây giờ.

[Paddy]

Bqv đi gom $ và gom ... giọng để nịnh bác Paddy vậy.

Bác cứ làm như tớ là chủ hãng hay sao ấy. Một cái máy FIB chắc cũng vài triệu USD. Bác muốn mượn thì tớ cho mượn chơi rồi dăm bữa trả lại.

[Paddy]

Probe Station

Tiện bác Hithere nhắc đến probe station thì tớ post vài giòng về cái máy này.

Như đã nói nhiều lần ở trên, làm chip cũng gần như nấu một món ăn vậy.

Vì như một món ăn cho nên phải thường xuyên được nếm để còn biết mà điều chỉnh gia vị, hay là đổ thùng rác luôn. Có rất nhiều cách nêm nếm như đo độ dầy của lớp film đã nói trên. Lối đo như thế thì kêu là non-contact, tức là không đụng vô. Nếu đem so với nấu ăn thì chắc là ngửi mùi thôi.

Muốn nếm thật sự thì họ dùng lối dùng các que để chạm vô mặt wafer để đo. Trong lối này cũng có nhiều thứ máy móc khác nhau để đo các thứ khác nhau. Một trong những máy này là probe station. Nói thật đơn giản nó là một cái DMM với những que đo thật nhỏ (nhọn) để đo chip trên wafer hoặc các chỗ dành cho thử nghiệm trên mặt wafer kêu là test pattern.

Những que đo này rất nhỏ, thường thì đường kính chừng 1 mil ( 1000 của một inch). Họ gắn những que đo này vô các "tay" giữ rồi dùng microscope mà đưa nó tới chỗ thử trên mặt wafer. Wafer thì được dùng vacuum giữ chặt lại.

Thế thì họ đo cái gì ? đủ thứ hết.

Đo ở đâu ? Ở trên mặt wafer họ sẽ làm những miếng kim loại kêu là pad để que đo chọc vô.

TD: Các bác đã biết là các die nằm trên wafer nhìn như gạch hoa lát trong nhà các bác chứ gì ? Giữa các kẽ gạch thì trong nghề kêu là street (đường). Bề rộng con đường này thì chừng 3-5 mils (theo loại wafer tớ thấy). Đây là chỗ sau này người ta sẽ cắt các die rời nhau ra. Tuy nhiên nó có công dụng nữa là làm thành chỗ thử cho probe station. Tại đây họ có thể bỏ vài con transistor, bỏ pads lên rồi dùng probe station mà đo các transistor này. Làm thế thì họ sẽ đoán được các transistor nằm trong chip sẽ hoạt động ra sao.


Khâu này có tên riêng kêu là ET (electrical test).

Không những chỉ thử không mà họ còn làm những thí nghiệm khác nữa. TD: họ muốn biết con chip khi hoạt động sẽ cho ra hơi nóng như thế nào. Thay vì dùng con chip đã đóng gói thì họ dùng wafer (đã hoàn tất), probe station và máy chụp hình thermal (hơi nóng). Họ dùng các que thử cho điện và tín hiệu vào, rồi dùng máy ảnh mà xem hơi nóng ra sao.