Chất bán dẫn là nền tảng của ngành công nghiệp điện tử. Nó là thành phần chính để sản xuất chip điện tử, thứ có mặt trong hầu hết mọi thiết bị điện tử phục vụ đời sống con người hiện đại, từ các thiết bị cá nhân đến y tế, quốc phòng, cơ sở hạ tầng, trí tuệ nhân tạo .v..v. Bạn có biết khí công nghiệp đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình sản xuất chất bán dẫn. Hãy cùng VSG Gas tìm hiểu những loại khí nào được sử dụng để sản xuất chất bán dẫn và công dụng của nó ra sao qua bài viết dưới đây.
1. Tầm quan trọng của chất bán dẫn
Ngày nay, với cuộc sống hiện đại, chúng ta không khó để bắt gặp các thiết bị điện tử sử dụng các con chip bán dẫn. Chất bán dẫn là thành phần cơ bản cấu thành nên những con chip nhỏ và siêu nhỏ trong các linh kiện điện tử. Nó có mặt trong hầu như mọi lĩnh vực của đời sống. Gần gũi nhất với mỗi chúng ta đó là chiếc điện thoại thông minh, tiếp đó là các thiết bị điện tử gia dụng như tivi, tủ lạnh, lò vi sóng… Ngoài ra nó còn có mặt trong các thiết bị y tế chăm sóc sức khỏe, thiết bị viễn thông, thiết bị quân sự công nghệ cao, ô tô tự lái, trung tâm dữ liệu, trí tuệ nhân tạo … Có thể nói chất bán dẫn đóng một vai trò quan trọng, góp phần tạo nên những bước tiến vượt bậc trong quá trình phát triển khoa học và công nghệ toàn cầu khiến cho cuộc sống con người trở nên dễ dàng hơn. Chúng sẽ cung cấp năng lượng cho công nghệ và đổi mới trong tương lai cho phép chúng ta làm những điều mà chúng ta chưa từng tưởng tượng.
Chất bán dẫn có vai trò quan trọng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống hiện đại
Đây là một ngành công nghiệp khổng lồ với doanh thu hàng trăm tỷ USD. Vì chip máy tính là yếu tố đầu vào quan trọng cho nhiều ngành công nghệ cao khác, nên việc một quốc gia có cơ sở sản xuất chất bán dẫn sẽ hỗ trợ cho toàn bộ hệ sinh thái của hoạt động kinh tế giá trị cao. Nhiều quốc gia trên thế giới đã xác định đây là ngành công nghiệp mũi nhọn và tập trung đầu tư vào ngành sản xuất chất bán dẫn.
2. Khí công nghiệp đóng vai trò quan trọng để sản xuất chất bán dẫn
Các loại khí công nghiệp là thành phần quan trọng trong quá trình sản xuất chất bán dẫn. Chúng giúp tạo ra các phản ứng hóa học cần thiết để hình thành các tính chất điện của chất bán dẫn. Vì vậy, có một nguồn cung cấp khí tinh khiết cao đáng tin cậy là rất quan trọng đối với sản xuất chất bán dẫn. Nhu cầu sản xuất chip điện tử ngày một tăng cao kéo theo nhu cầu về khí có độ tinh khiết cao sẽ tăng lên cùng với nó.
Khí công nghiệp đóng vai trò quan trọng để sản xuất chất bán dẫn
Quá trình sản xuất các mạch tích hợp rất phức tạp và yêu cầu hơn 30 loại khí khác nhau trong tất cả các giai đoạn. Do tính phức tạp của nó, các loại khí được sử dụng cần phải tinh khiết và chính xác ở mọi giai đoạn của quy trình sản xuất để cấu hình đúng chất bán dẫn. Một số loại khí cốt lõi được sử dụng bao gồm nitơ, oxy, argon hidro, Bo triclorua (BCL3) và Phosphine (PH3 ) chúng ta sẽ đi sâu vào để giải thích vai trò của chúng trong quy trình sản xuất.
3. Một số loại khí cốt lõi để sản xuất chất bán dẫn
Bo triclorua (BCL3)
Được sử dụng làm chất ăn mòn trong quy trình sản xuất chất bán dẫn. Sau đây là việc sử dụng BCL3 trong ngành công nghiệp điện tử:
1. Ăn mòn silic: để tạo thành các cấu trúc tinh xảo, chẳng hạn như các kênh bóng bán dẫn, hệ thống dây điện và các tính năng khác của thiết bị.
2. Tạo khuôn trong xử lý chất bán dẫn: các lớp silicon nitride được sử dụng để cách ly hoặc bảo vệ các khu vực thiết bị..
3. Ăn mòn silicon nitride: sử dụng để khắc các vật liệu silicon nitride, chẳng hạn như silicon nitride (Si3N4)
4. Dùng để khắc kim loại, chẳng hạn như nhôm, đồng và các kim loại khác, để tạo thành các cấu trúc tinh xảo như dây điện và điện cực.
Việc ứng dụng BCL3 làm chất ăn mòn trong ngành công nghiệp điện tử là rất quan trọng,giúp tạo ra các cấu trúc vi mô chính xác trong quá trình sản xuất chất bán dẫn, để tạo thành các cấu trúc linh kiện điện tử, từ đó xây dựng các mạch tích hợp hiệu năng cao và các thiết bị điện tử khác.
Phosphine (PH3 )
Là một hợp chất tiền chất quan trọng được sử dụng trong sản xuất chất bán dẫn và trong chế tạo các thiết bị vi điện tử, cách dùng như sau:
1. Sản xuất chất bán dẫn : sử dụng để tạo thành lớp phốt phát.
2. Vật liệu quang điện : PH3 cũng được sử dụng làm nguyên liệu thô trong sản xuất một số pin mặt trời để cải thiện hiệu suất và hiệu quả của pin mặt trời.
3. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm : PH3 được dùng làm chất chỉ thị khí và chất khử trong phòng thí nghiệm.
Ứng dụng của PH3 trong sản xuất chất bán dẫn liên quan đến các kỹ thuật xử lý và kiểm soát phản ứng phức tạp để đảm bảo chất lượng, tính đồng nhất và độ dày của màng lắng đọng, đóng một vai trò quan trọng trong việc chế tạo các thiết bị bán dẫn hiện đại vì chúng có thể ảnh hưởng đến hiệu suất, mức tiêu thụ điện năng và độ tin cậy của thiết bị.
Oxy
Như bạn đã biết, oxy là một chất oxy hóa, điều này rất cần thiết để tạo ra các phản ứng lắng đọng. Nó được sử dụng để phát triển các lớp oxit silic được sử dụng cho các yếu tố khác nhau trong quy trình, chẳng hạn như mặt nạ khuếch tán. Khi sử dụng khí oxy để sản xuất chất bán dẫn, khí phải có độ tinh khiết cực cao để bảo vệ khỏi bất kỳ tạp chất nào có thể gây bất lợi cho quá trình sản xuất và hiệu suất của thiết bị. Trong quá trình khắc, oxy cũng được sử dụng để loại bỏ bất kỳ mảnh vụn vật liệu thừa nào được tạo ra.
Cuối cùng, oxy cũng giúp trung hòa các khí phản ứng thông qua các phản ứng oxy hóa có khả năng làm thay đổi chất lượng của sản phẩm. Vì vậy, tương tự như nitơ, oxy cũng giúp đảm bảo không có bất kỳ sự ô nhiễm nào xảy ra.
Argon
Khí argon được sử dụng chủ yếu trong quá trình lắng đọng và ăn mòn trong các tia laze in thạch bản UV. Nó được sử dụng để tạo ra các mẫu thậm chí nhỏ nhất trên chip bán dẫn. Trong quá trình sản xuất các tấm bán dẫn silicon, khí argon được sử dụng để bảo vệ các tinh thể silicon hình thành trên các tấm bán dẫn khỏi bất kỳ phản ứng tiềm năng nào với oxy và nitơ trong quá trình phát triển của nó ở nhiệt độ cao. Đôi khi nitơ có thể phản ứng tạo thành nitrua kim loại. Bởi vì argon cũng là một loại khí rất trơ nên nó được sử dụng để cung cấp một môi trường không phản ứng cho quá trình lắng đọng kim loại bằng phún xạ. Ngoài ra, argon lỏng được sử dụng với các công cụ khác để làm sạch những con chip nhỏ nhất, dễ vỡ nhất.
Hidro
Trong công đoạn quang khắc, hidro được sử dụng để phản ứng với thiếc hóa học, tạo ra thiếc hydride. Thiếc hydride cần thiết để ngăn chặn sự tích tụ trong các thiết bị quang học đắt tiền. Hidro được sử dụng trong quá trình lắng đọng để lắng đọng theo trục của silicon và gecmani silicon và cũng để chuẩn bị bề mặt thông qua quy trình ủ. Nó được sử dụng để tạo ra một lớp oxy hóa mới nhằm sửa đổi một màng mỏng hiện có. Quá trình này diễn ra trong môi trường áp suất và nhiệt độ cao, điều đó có nghĩa là việc kiểm soát tốc độ dòng chảy, nhiệt độ và áp suất là vô cùng quan trọng.
Ngoài ra, hidro cũng được sử dụng trong giai đoạn pha tạp để giúp kiểm soát quá trình phân hủy vì khí được sử dụng cho quá trình này cực kỳ độc hại. Diborane cũng là một hóa chất được sử dụng trong quá trình pha tạp, nhưng nó sẽ bị phân hủy từ từ vì nó không ổn định về nhiệt và do đó cần hidro để giúp ổn định nó.
4. Ngành công nghiệp bán dẫn tại Việt Nam
Tại Việt Nam, công nghiệp bán dẫn được coi là nền tảng hỗ trợ và đẩy mạnh sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế theo chiều sâu. Chính phủ đã ban hành nhiều chính sách và hành lang pháp lý nhằm tạo điều kiện cho việc ưu tiên đầu tư và phát triển các sản phẩm công nghệ cao, trong đó, lĩnh vực vi mạch bán dẫn là ưu tiên hàng đầu trong tất cả các lĩnh vực. Ngành công nghiệp bán dẫn của Việt Nam tăng trưởng với tốc độ tăng trưởng kép hàng năm (CAGR) là 19%, tương đương khoảng 6,16 tỷ USD trong khoảng thời gian từ năm 2020 đến năm 2024. Lĩnh vực bán dẫn được coi là động lực cho nhiều ngành công nghiệp và là một trong chín sản phẩm công nghệ giá trị cao tại Việt Nam.
Việt Nam hiện có 3 khu công nghệ cao quốc gia được thành lập là Khu công nghệ cao Hòa Lạc (Hà Nội), Khu công nghệ cao Đà Nẵng và Khu công nghệ cao TP. Hồ Chí Minh với hoạt động thu hút đầu tư ngày càng chuyển biến tích cực, tạo nền tảng để phát triển tiềm lực khoa học và công nghệ quốc gia. Nhiều công ty vi mạch bán dẫn nổi tiếng thế giới đã đặt nền móng và đầu tư mạnh vào lĩnh vực này như Intel, Sonion, Applied Micro… và đặc biệt là Samsung.
Ngành sản xuất chất bán dẫn tại Việt Nam đang phát triển
Đây là một ngành công nghiệp còn non trẻ tại Việt Nam. Trong bối cảnh nhu cầu về thiết bị bán dẫn tăng mạnh trong những năm trở lại đây, Việt Nam đang có nhiều cơ hội khai thác, làm chủ công nghệ và thương mại hóa nguồn lợi từ ngành công nghiệp siêu lợi nhuận này. Với tiềm năng của ngành công nghiệp bán dẫn sẽ kéo theo nhu cầu cao về khí công nghiệp tại Việt Nam.
