Quy trình sản xuất chip của Intel
7/19/2009 09:11:00 AM Được đăng bởi share4u
Nhãn: khong_gian_it, Không gian IT, Life, News
Từ cát bụi trở thành chip bán dẫn
Chỉ bằng đầu ngón tay nhưng chính những chip bán dẫn nhỏ bé này, như bộ vi xử lý Intel
Core 2 Duo, đã thay đổi cách thức con người sống, làm việc và giải trí.
Ngày nay, chip silicon hiện diện ở khắp nơi. Chúng gia tăng sức mạnh của mạng Internet, cho
phép tạo nên cuộc cách mạng về điện toán di động, tự động hóa các nhà máy, nâng cao năng lực
của điện thoại và làm giàu lĩnh vực giải trí gia đình.
Chip silicon ở khắp nơi.
Việc sản xuất những chip như thế là một kỳ công. Công nghệ chế tạo của Intel đã tạo ra những
mạch điện với kích thước chỉ bằng một phần nghìn sợi tóc trên miếng silicon. Loại chip phức tạp
nhất - bộ vi xử lý - có thể chứa hàng trăm triệu, thậm chí là hàng tỷ bóng bán dẫn (transistor)
được kết nối với nhau bằng những dây dẫn mỏng chế tạo từ đồng. Mỗi transistor có vai trò như
một công tắc đóng/mở, điều khiển dòng điện chạy qua để gửi, nhận, và xử lý thông tin chỉ trong
vòng một phần của giây.
Thiết kế
Việc sản xuất chip silicon bắt đầu bằng một thiết kế, hay bản vẽ. Ở giai đoạn này, Intel xem xét
rất nhiều tham số như: Chọn kiểu chip nào và tại sao? Số lượng bóng bán dẫn có thể được tích
hợp trên chip đó? Kích cỡ tối ưu của chip là gì? Công nghệ nào sẽ được sử dụng để sản xuất
chip? Khi nào thì chip phải được đưa ra thị trường? Chip đó sẽ được sản xuất và kiểm tra tại
đâu?
Để trả lời những câu hỏi trên, Intel làm việc với các khách hàng, công ty phần mềm cũng như
nhân viên tiếp thị, chế tạo và kiểm tra của Intel. Nhóm thiết kế lấy tham số đầu vào và bắt đầu
xác định các tính năng của chip và thiết kế nó.
Khi bản chỉ tiêu kỹ thuật của chip đã được xác lập, Intel tạo ra sơ đồ logic - cách biểu diễn bằng
ký hiệu của hàng triệu bóng bán dẫn và các kết nối điều khiển dòng điện đi qua toàn bộ chip. Khi
giai đoạn này kết thúc, nhà thiết kế tạo các biểu diễn vật lý của mỗi lớp trong chip cùng các bóng
bán dẫn của nó. Các mẫu giống như khuôn tô này (còn gọi là Mặt nạ) được sử dụng để che một
số khu vực của chip khỏi tia cực tím trong quá trình sản xuất in quang khắc. Để hoàn tất thiết kế,
kiểm tra và mô phỏng, Intel sử dụng máy workstation chạy chương trình thiết kế được máy tính

trên chip, không khí trong phòng sạch cũng phải "siêu" sạch (gấp hàng nghìn lần độ sạch của
phòng mổ trong bệnh viện). Nhân viên kỹ thuật mặc những bộ quần áo đặc biệt, thường được gọi
là "trang phục của thỏ" trước khi vào phòng sạch. Trang phục đó ngăn chất bẩn như xơ vải hoặc
tóc rơi vào tấm wafer.
Trong phòng sạch, không khí sạch luân chuyển qua trần và nền nhà.
Tự động hóa cũng đóng vai trò quan trọng trong một nhà máy sản xuất. Các mẻ wafer được giữ
sạch cũng như được xử lý nhanh và hiệu quả khi chúng đi qua các bình đựng có cửa mở về phía
trước (FOUP). Mỗi FOUP được gắn nhãn có mã vạch xác định các thành phần được sử dụng để
sản xuất chip. Nhãn này đảm bảo việc xử lý chính xác ở mỗi bước trong quy trình sản xuất. Tại
nhà máy 300 mm, một FOUP chứa tới 25 tấm wafer và nặng hơn 11 kg (25 pound). Tự động hóa
cho phép đạt đến trọng lượng này vì nó quá nặng để có thể mang vác hiệu quả bằng nhân công.
Quy trình sản xuất
Tạo ra bóng bán dẫn trên các chip máy tính là một quy trình rất chính xác và phức tạp. Dưới đây
là tổng hợp về các bước chính trong quy trình:
Cách điện và bọc: Một lớp cách điện được "cấy" trên bề mặt của tấm wafer đã được đánh bóng
trong lò ở nhiệt độ cao với sự hiện diện của ôxy. Tấm wafer sau đó được phủ chất liệu nhạy sáng
gọi là quang trở và cũng giống như các tấm phim chụp ảnh, nó thay đổi về mặt hóa học khi bị
phơi sáng dưới tia tử ngoại.
Che mặt nạ: Mặt nạ (tạo trong giai đoạn thiết kế) quy định hình dạng của mạch điện trên mỗi lớp
của chip. Một chiếc máy tinh vi có tên máy xếp bậc sẽ cân chỉnh mặt nạ vào tấm wafer. Nó chiếu
tia tử ngoại thông qua những chỗ bị phơi sáng trên mặt nạ. Quang trở ở phần bị chiếu sáng trở
thành một lớp trong và dính.
Khắc axit: Những phần bị phơi sáng của quang trở bị loại bỏ làm lộ các phần của lớp oxy silic
phía dưới. Phần hở của oxy silic bị loại bỏ bằng quá trình được gọi là khắc axit. Sau đó, phần
quang trở còn lại cũng bị loại, để lại mẫu của oxy silic trên tấm wafer.
Ghép thêm các lớp: Những vật liệu khác như là Silic đa tinh thể (polysilicon), có tính dẫn điện
được phủ lên tấm wafer thông qua các bước che mặt nạ và khắc mở rộng. Mỗi lớp của vật liệu
mang một mẫu mạch điện duy nhất. Nhiều lớp được trải trên tấm wafer và sau đó được loại bỏ
theo từng chỗ nhỏ để tạo thành bóng bán dẫn và kết nối. Chúng sẽ trở thành mạch điện bán dẫn
của chip theo một cấu trúc trong không gian 3 chiều.