Từ cát đến chip.

[Paddy]

Trong vài thập niên qua các hãng sản xuất IC đã di chuyển cơ sở của họ qua các nước vùng châu Á như Mã Lai, Tân Gia Ba, Trung Quốc. Những nước như Đài Loan, Nam Hàn, Nhật họ mở hãng riêng của họ.

Trong tương lai có thể Việt Nam sẽ có một hãng sản xuất IC như các nước láng giềng.

Một vài lý do VN có thể được đầu tư về ngành này là:

1. Nhân công tương đối rẻ so với các nước nói trên.
2. Trình độ học vấn cao.
3. Chính trị không bị xáo trộn như TQ.

Nói về như TQ, một số hãng ngoại đã đóng cửa vì TQ bắt họ phải tiết lộ tất cả những bí mật về công thức sản xuất IC. Đây là lý do chính mà tại sao TQ chỉ làm ba cái đồ vớ vẩn, rẻ tiền, và cũ như transistor, diode, op amp, low end MCU cho các hãng ngoại quốc. Một số hãng đã đóng luôn cả những cơ sở thử nghiệm IC vì sự đòi hỏi quá vô lý.

Tuy nhiên chúng ta cũng cần biết kỹ nghệ sản xuất IC rất là nguy hiểm cho môi trường nếu không được xử lý đúng cách.


Để mở đầu bài này tớ post lên vài tấm hình về wafer. Wafer là một miếng silicon mỏng chừng 30 mil (0.76 mm). Đường kính thì bây giờ thịnh nhất là 8 inch (200mm) và 12 inch (300mm). Ngoài ra còn có 6, 5, và 4 inch. Các loại 4 và 5 inch rất là xưa chỉ có như bên TQ thôi. Còn loại 1, 2, 3 inch thì chỉ còn trong bảo tàng viện thôi.



Hình trên là một wafer với đường kính 150 mm (thường được kêu là 6 inch wafer, dù rằng nó chỉ là 5.9 inch thôi). Bên cạnh nó là một đĩa CD để cho bà con biết nó lớn như thế nào. Tớ không chụp thẳng vô wafer được vì đây là wafer din (prime wafer) cho nên nó y như một tấm gương.

Để ý wafer này có 2 cạnh (kêu là flat). Cạnh dài kêu là major flat / primary flat (cạnh chính) và cạnh nhỏ kêu là minor flat / secondary flat (cạnh phụ). Tớ sẽ nói thêm về cạnh phụ sau.





Hình trên là một wafer loại 300mm (thường kêu là 12 inch wafer). Tấm wafer này đã được có một ít mạch điện trên đó rồi (như transistor, diode, vv) nhưng chưa có dây điện. Đó là tại sao nó có "vân" mầu như vậy.

Đối với loại wafer 12 inch, nó không có cạnh flat. Nó chỉ có một "khe" nhỏ kêu là notch thôi. Nhìn phía dưới hình chỗ 6 giờ (nam). Để ý thêm là ngay phía trên cái khe là mã số của wafer. Mỗi wafer có một mã số riêng. Một số hãng làm IC thì lại để mã số đối diện với "khe".


Còn tiếp..............

[Paddy]

Học vấn và Operator.

Wafer fabrication plant: nhà máy sản xuất ra IC, thường được gọi tắt là fab. Đây là nơi làm wafer biến thành IC chứ không phải là nơi làm ra wafer.

Tại "thung lũng điện tử" (silicon valley, phía đông nam vịnh San Francisco) thì đa số những fab đều có người VN làm trong đó. Đa số các phụ nữ VN làm nghề operator (người chạy máy). Những người này đa số là qua sau, chưa có điều kiện để học lên cao, lớn tuổi, bận gia đình. Điều kiện học vấn ít nhất là có bằng trung học. Dĩ nhiên là biết nói và đọc tiếng Anh.

Công việc của operator là "chỉ đâu, đánh đó". Họ chỉ cho wafer vô máy, bấm nút cho máy chạy rồi ngồi chờ hoặc qua chạy máy khác. Một người operator trung bình chạy 3-5 loại máy cùng một lúc. Những việc như vậy mới làm thì cảm thấy khó, nhưng làm ngày này qua tháng nọ thì quen tay thôi. Họ không cần phải có bằng cấp cao hơn vì những công việc này không đòi hỏi sự suy nghĩ (nên nói là sự sáng tạo thì đúng hơn) nhiều lắm.

Tất cả các công việc làm đều được chỉ dậy và huấn luyện bởi fab và các hãng sản xuất máy. Trung bình một cua học chạy một máy cho opertor là từ 0.5-3 ngày. Máy dễ thì nửa ngày, máy khó thì 3 ngày. Đa số những lớp huấn luyện này lại ngay tại trong fab. Một số rất ít thì được gởi đến hãng sản xuất máy để học (lý do là kinh phí). Còn những việc khác trong fab là huấn luyện tại chỗ (on the job training) thường là do các operator khác chỉ lại. Những fab nhỏ không mua máy mới thường là do kỹ sư trong hãng huấn luyện. Lý do là mua máy mới thì các hãng sản xuất sẽ "tặng" cho các lớp học này. Một lớp operator 3 ngày tốn chừng 5,000 USD (giá cách đây 10 năm) chưa kể tiền khảch sạn,ăn uống, vé máy bay, xe cộ và nặng nhất là tiền bảo hiểm cho nhân viên.

Thế thì VN có thể đáp ứng nhu cầu operator cho một fab được không? Tớ thì nghĩ là được. Với trình độ tiếng Anh tại VN, một học sinh trung học giỏi bên sinh ngữ (tiếng Anh) là có thể làm được chuyện này rồi. Đó là chưa nói đến các bác học thêm sinh ngữ tại như hội Việt-Mỹ, vv. Như đã nói ở trên, không cần đầu óc sáng tạo, chỉ hiểu tiếng Anh và bấm nút cho máy chạy là được rồi.

Thêm vào một cái nữa là đa số các máy mới về sau này (chừng 10 năm nay) rất là "thông minh". Máy đọc barcode trên hộp đựng wafer (kêu là wafer box) và tự động chọn công thức (recipe) dành cho loại wafer đó. Người operator không phải làm những chuyện này nữa.

Một số hãng lớn như AMD thì họ dùng robot thế cho operator. Những con robot này di chuyển hộp đựng wafer từ máy này qua máy kia qua hệ thống "đường rầy" chạy trên trần nhà. Tuy nhiên có những công việc vẫn cần đến bàn tay của người operator.

Nói tóm lại, một người tại VN với học vấn trung học có dư khả năng làm operator. Vấn đề chính là tiếng Anh phải đọc và nói được. Dĩ nhiên là phải viết được tiếng Anh, nhưng lâu lâu mới phải viết một email xin nghỉ xả hơi, vv. Còn những bản báo cáo hàng ngày thì chỉ bỏ số wafer chạy trong ngày vô excel/database là xong.

[Paddy]

Một nguyên liệu quan trọng nhất trong kỹ nghệ bán dẫn là "cát". Đúng hơn là chất quartzite. Chất này VN có nhiều, nhưng tớ không biết chất lượng ra sao. Kiếm trên google từ khóa "vietnam quartzite" là thấy bao nhiêu hãng sản xuất loại đá này dùng trong xây cất. Trong một vài tài liệu của VN cho thấy rằng vùng miền bắc (gần TQ) có rất nhiều quartzite này.

Nếu quặng này tại VN có chất lượng cao thì cũng có thể có hãng đầu tư vào VN để dùng quartzite làm ra wafer. Theo tôi thì lý do chính vẫn là nhân công rẻ và nguyên liệu rẻ (nếu phẩm chất cao).

Tớ không rõ công nghiệp làm từ quartzite ra đến wafer có tạo ra những chất độc khác không, nhưng tớ biết là nó đòi hỏi điện lực rất cao (để nấu chẩy quartzite).

Chỉ có một điều quan trọng mà VN cần khắc phục là điện lực. Cứ vài tuần mà cúp điện một lần thì chỉ có đóng cửa hãng thôi.

Đa số các loại máy trong fab như khâu implant, diffusion, etch, và thinfilm, khi bị cúp điện một cái là mấy máy này phải được sửa chữa vì wafer bị bể, robot cong tay, vì mất chân không (vacuum), mất nhiệt (máy bị nguội). Thường là mất một tới 2 ngày để sứa chữa. Đối với máy làm quartzite ra wafer thì tớ không rõ lắm.

[GA_CN]

Bạn làm ở đâu vậy? Mình thì ngày trước có làm cho GES( giờ thì nghỉ rồi), nhưng cũng không lâu, không có nhiều cơ hội làm việc, nhưng mình chỉ thấy tất cả các máy móc dính tới wafer đều tự động, operator chỉ giám sát máy thôi. Trong ngành sản xuất bán dẫn thì cái đầu tiên phải nói đến là clean rom, tiêu chuẩn rất cao, có cái tới 10 ( <= 10 hạt bụi/1m3 kk, hạt bụi cũng phài nhỏ hơn 1um(mình không nhớ)); và độ rung động nền.

[GA_CN]

Từ giai đoạn mài, tráng hóa chất sang lithography thì hình như không có sự can thiệp trực tiếp của con người, wafer sau khi chụp xong thì có thể.

[Paddy]

Bạn làm ở đâu vậy? Mình thì ngày trước có làm cho GES( giờ thì nghỉ rồi), nhưng cũng không lâu, không có nhiều cơ hội làm việc, nhưng mình chỉ thấy tất cả các máy móc dính tới wafer đều tự động, operator chỉ giám sát máy thôi. Trong ngành sản xuất bán dẫn thì cái đầu tiên phải nói đến là clean rom, tiêu chuẩn rất cao, có cái tới 10 ( <= 10 hạt bụi/1m3 kk, hạt bụi cũng phài nhỏ hơn 1um(mình không nhớ)); và độ rung động nền.

Tớ vẫn còn làm cho hãng này cho nên không được phép nói tên hãng ra. Thật ra nói cũng được nhưng phải xin phép, rồi bị kiểm duyệt bài viết, phiền lắm. Đó là lý do tớ viết những bài này một cách tổng quát thôi. Những cái gì đặc biệt / riêng tư của hãng tớ không viết ra.

Thấy bác nói vậy thì tớ đoán chừng bác làm cho khâu photo.

Clean room có nhiều loại lắm, hoàn toàn tùy thuộc và sản phẩm của mình. Nếu chỉ làm ba cái transistor, op amp vớ vẩn với mạch lớn vài chục micron thì một hột bụi 1 micron không có nghĩa lý gì hết. Clean room class 100 cũng được.

Nhưng làm MPU với mạch nhỏ hơn một micron thì hột bụi đó sẽ làm cho hư ngay. Tuy nhiên đây là cho chỗ operator đứng thôi. Chứ phần máy nằm phía sau thì thường là class 100. Cái wafer 8 inch tớ chụp ở trên là cho MPU từ class 1 clean room.

Còn việc rung thì chỉ có khâu photo mới sợ thôi vì hình chụp lên wafer sẽ bị hư (vì hình chụp không đúng vị trí). Thường những máy chụp hình trên wafer có những tấm đá granite nặng chừng vài tấn nằm dưới đáy để chống rung động. Va những máy này là thường nằm trên một cái bệ riêng của nó để sự rung chuyển chung quanh của những máy khác không ảnh hưởng tới.

Từ giai đoạn mài, tráng hóa chất sang lithography thì hình như không có sự can thiệp trực tiếp của con người, wafer sau khi chụp xong thì có thể.

Ý bác nói là mài wafer để làm gì ? Ý bác là etch hả ?


Trong khâu photo thì chất mực cảm quang (kêu là photo resist) rất là độc. Nó chứa một vài độc tố gây ra cancer.

Khi nhìn vô trong một fab thì khu nào dùng đèn neon vàng đó là khu photo. Đèn vàng không làm cho mực cảm quang bị cứng lại (cũng như đèn đỏ trong mấy phòng tráng hình).

[core T]

HÌnh như Paddy làm process hay QA thì phải ???

Ở khâu photo, các loại máy để "tráng" lớp photoresist thì VN ta đã có vài cty chuyên là service cho loại máy này rồi ...

Còn các khâu khác trong chu trình sx thì T vẫn chưa thấy có cty nào cả.

Paddy đang làm ở Sing ah ?

[Paddy]

HÌnh như Paddy làm process hay QA thì phải ???

Ở khâu photo, các loại máy để "tráng" lớp photoresist thì VN ta đã có vài cty chuyên là service cho loại máy này rồi ...

Còn các khâu khác trong chu trình sx thì T vẫn chưa thấy có cty nào cả.

Paddy đang làm ở Sing ah ?

Không tớ không phải dân process hay QC, QA gì hết.

Máy tráng photoresist thì rất đơn giản. Vòi phun resist lên wafer rồi quay cho mực lan đều ra thôi. Đây là loại máy cũ đứng riêng một mình.

Loại máy chụp hình wafer mới nó có sẵn máy tráng photoresist luôn không cần máy riêng ở ngoài.

Trong nghề này dân VN hay giỡn với nhau là làm máy đàn bà. Lý do là đa số mấy tay sửa máy tráng photoresist là đàn bà và tại mầu của photoresist nữa.

Bác làm hãng nào mà biết về khâu này ?

[GA_CN]

À, GES là công ty dịch vụ, chuyên cung cấp nhân lực cho các hãng khác trong việc vận hành, chuyển giao công nghệ từ nhà sản xuất máy móc( chủ yếu là robot phục vụ trong ngành bán dẫn) sang người sử dụng máy móc đó để sản xuất(toàn gọi là Field Service Engineer), nên mình cũng phải biết sơ về công nghệ sản xuất chip thôi, chứ không phải chuyên ngành của mình. Một số anh bên đó có đi làm cho cả Phillips, Intel..., Nhưng hình như chưa có ai làm trong các nhà máy sản xuất chip có mức độ tích hợp thấp, nên các máy đều không có sự can thiệp của con người.
Mình còn nghe nói ngoài công nghệ photoresist(Lithography), còn có công nghệ ăn mòn bằng dòng khí hay gì gì đó nữa nhưng không rành, mình thuộc bên nhóm design mà, chuyên về máy móc thôi, không rành về process.

[Paddy]

Etcher và Asher

À, GES là công ty dịch vụ, chuyên cung cấp nhân lực cho các hãng khác trong việc vận hành, chuyển giao công nghệ từ nhà sản xuất máy móc( chủ yếu là robot phục vụ trong ngành bán dẫn) sang người sử dụng máy móc đó để sản xuất(toàn gọi là Field Service Engineer), nên mình cũng phải biết sơ về công nghệ sản xuất chip thôi, chứ không phải chuyên ngành của mình. Một số anh bên đó có đi làm cho cả Phillips, Intel..., Nhưng hình như chưa có ai làm trong các nhà máy sản xuất chip có mức độ tích hợp thấp, nên các máy đều không có sự can thiệp của con người.
Mình còn nghe nói ngoài công nghệ photoresist(Lithography), còn có công nghệ ăn mòn bằng dòng khí hay gì gì đó nữa nhưng không rành, mình thuộc bên nhóm design mà, chuyên về máy móc thôi, không rành về process.

Vậy chắc là bác nói về khâu etch. Đây là khâu giống như làm bo điện khi in mực cảm quang rồi thì nhúng vô etchant để chỗ mặt đồng nào hở ra thì bị ăn mòn đi. Dùng để ăn mòn mạch kim loại (metal layer), mạch cách điện (dielectric layer) hoặc giữa chỗ các transistor nằm (STI shallow trench isolation). Các máy này kêu chung là etcher.

Trong kỹ nghệ bán dẫn thì có 2 loại etch, ướt (wet etch) và khô (dry etch).

Loại ướt thì dùng acid để ăn mòn. Thường là nhúng nguyên một hộp wafer vào thùng đựng các hóa chất này. Làm một lần được 25 wafer (vì một hộp đựng wafer, kêu là wafer boat, chứa được 25 wafer).

Loại khô thì dùng hơi để ăn mòn. Trong loại khô thì có nhiều cách để ăn mòn lắm. Một là dùng các loại khí có tính cách ăn mòn giống như của acid, một cách nữa là dùng plasma để ăn mòn, hoặc dùng cả 2 (kêu là PE-Etch, plasma enhanced etch). Loại khô thì làm trong máy từng wafer một, nhưng rất nhanh và chính xác hơn loại ướt.

Còn trong khâu photo thì máy etch để tẩy mực kêu là asher. Cũng giống như trên là có 2 loại ướt và khô và có cả dùng plasma nữa.

Công nghệ lithography thôi, photoresist là chất mực cảm quang.

[Paddy]

Hình mới.

Tớ mới lục ra được một wafer 4 inch (chắc cũng trên 20 năm rồi)
Wafer 8 inch dưới cùng, 6 inch ớ giữa, 4 inch trên cùng.





wafer boat. "hộp" đựng wafer lúc chạy trong máy. Đây là hộp của loại 8 inch.




Hộp đen ở ngoài (wafer box) dùng để đựng wafer boat và wafer lúc vận chuyển trong fab.




wafer boat cho 6 và 8 inch





Để ý hình dưới cùng cho thấy wafer boat hơi giống như một cái khay nhựa để đựng chén đĩa sau khi rửa. Trong khâu wet etch, cả wafer và wafer boat được nhúng vào thùng đựng hóa chất để etch.

[nhatson.elec]

Cái wafe 6inch hình như đã qua xữ lý rồi thì phải, em thấy trông giống con IC nhưng chưa cắt ra??

b.r

[Paddy]

Wafer đã được xử lý

Cái wafe 6inch hình như đã qua xữ lý rồi thì phải, em thấy trông giống con IC nhưng chưa cắt ra??

b.r

Cả 3 miếng wafer đã được xử lý rồi.

Wafer 6 inch là xong hết rồi chỉ cần cắt ra đi qua khâu "đóng gói" (packaging) sau khi thử nghiệm (test) là thành con IC.

Wafer 8 inch là loại wafer một die (một ô vuông) chứa nhiều loại mạch khác nhau. Cái này dùng để thử nghiệm chứ không bao giờ làm thành IC. Thường nó chứa tư 10 tới 50 con IC khác loại nhau (ROM, RAM, EEPROM, mạch logic, op amp, driver, vv).

Wafer 4 inch thì đã được trải lớp kim loại (để làm mạch điện nối các transistor).

[Paddy]

Viet Vmicro Corp. established in May 2006. The company's
mission is to build a 6" wafer fab located in Saigon Hi-Tech Park,
in Ho Chi Minh City, Vietnam. Our reserved 4 hecta of land in
Saigon Hi-Tech Park is now under construction. Our fabs planned
to be completed in the middle of the year 2009. If it will be done
as scheduled, it will be the first wafer fab built in Vietnam.
Viet Vmicro Corp. designs, manufactures, and markets analog
intergrated circuits and solar cells.

At the moment we are working with Vietnam National University,
Ho Chi Minh city in research and development on designing
intergrated circuits and solar cells.

Our design team will design high margin analog products and
solar cells to fit the needs of China, Taiwan,HongKong, Vietnam,
ASIA, US and Europe.
Source: http://www.vietvmicro.com

http://forum.eetasia.com/FORUM_POST_...00072567_0.HTM

Có bà con nào nghe nói về hãng này chưa ? vô kiếm mà không thấy chắc link hay hãng die rồi.

[Paddy]

Ingot

Trước khi đi sâu hơn để tớ nói về cách làm wafer đã.

Wafer được làm từ nham thạch anh (quartzite).

Trước khi nấu chẩy nham thạch anh thì người ta bỏ vô một ít tạp chất để có wafer loại P (postive, có lỗ để kéo điện tử vô) hoặc loại N (negative, có dư một điện tử). Làm như thế thì độ dẫn điện của wafer sẽ tăng lên. Các tạp chất này kêu chung là dopant.

Cho loại P thì dùng Boron. Loại N thì có Arsenic, Antimony hoặc Phosphorous. Các bác thấy ngay là các chất này rất là độc, nhất là arsenic.

Nham thạch anh khi được nấu chẩy ra rồi "hột giống" tinh thể thạch anh (seed crystal) được nhúng vào và kéo ra từ từ. Nham thạch anh lỏng sẽ đông lại và sẽ tự "thạch anh hoá" theo hột giống. Nguyên tắc nó hơi giống như lối làm đường thạch anh (giống như đường phèn). Tùy theo vận tốc "kéo" mà tinh thể sẽ lớn tới cỡ nào. Cục thạch anh lớn này được kêu là ingot.

Link dưới có hình về quá trình làm tư nham thạch anh ra ingot.
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Cz...ki_Process.svg

Thạch anh có nhiều mặt. Các bác nhìn hột muối được thạch anh hóa dưới đáy mấy chai nước mắm thì biết. Thạch anh của silicon cũng vậy.
Các bác coi link dưới phần Miller Indices

http://www.novawafers.com/resources-about-silicon.html

Họ định nghĩa rằng Miller indice là vector thẳng góc với mặt của thạch anh.
TD: hình trên cùng của link trên phần Miller Indices. 100 là mặt trước của thạch anh (theo quy tắc bàn tay phải thì trục y là đi ngang, trục z là đi lên/xuống, và trục x là đâm ra khỏi mặt phẳng). Thế thì 100 (x = 1, y = 0, z= 0) là mặt trước.

Tùy theo hướng của hột giống (seed crystal) mà sẽ tạo ra wafer loại nào (cái này không liên quan tới loại P và N nói trên). Nếu hột giống được nhúng vô với mặt 100 thì được kêu là loại wafer 100 (one ough ough, chứ không phải one hundred).

....còn tiếp.