Từ cát đến chip.

[hithere123]

Chào bác Paddy,

Bác đi nghỉ kỹ quá, bác bqviet gọi mãi mới thấy viết bài

Tớ không rõ lý thuyết nào ra trước.

Cái này em đảm bảo với bác là chuẩn ợ, ngày còn đi học, đồ án tốt nghiệp của em là về IC nên em tìm hiểu kỹ lắm, nguyên lý điểu khiển dòng bằng điện áp (FET) ra đời sớm lắm, đâu như cả mấy chục năm trước khi Bell Lab làm "bipolar transistor". Tại sao người ta không làm được FET thì là em "đoán" do hồi đấy đã làm gì mà làm được các lớp nọ đè lên lớp kia, căng lắm là mài nhọn rồi cho tiếp xúc. Kỹ thuật làm transistor màng mỏng mãi sau này mới làm được.

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.

Cái này bác nói đúng quá, nhưng làm ở nhà như bác bqviet nói là làm đơn chiếc, không làm cả loạt kiểu công nghiệp nên có khi yield còn tệ hơn 20% nhiều Mà bác đưa ra con số vài triệu thế mà không nói rõ là máy mới thì bác bqviet nản không đi gom $ có phải phí không, bác cố gắng tìm trong kho có cái nào thanh lý cần vứt đi thì hú bác bqviet nhớ.

[bqviet]

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.

Từ bài viết của Paddy lại nảy ra ý tưởng : nếu tỷ lệ hỏng cao là do hạt bụi gây hại cho mạch nhỏ, vậy thì ta đi theo hướng công nghệ thô thiển vậy. Ví dụ thiên hạ đang chuộng công nghệ 28 nm thì ta bắt đầu từ công nghệ 28 um hoặc 280 um. Khá buồn cười, nhưng chắc chắn công nghệ này vẫn nhỏ hơn đèn chân không DIY, nhỏ hơn IC DIP chức năng cố định thông dụng.

[Paddy]

Từ bài viết của Paddy lại nảy ra ý tưởng : nếu tỷ lệ hỏng cao là do hạt bụi gây hại cho mạch nhỏ, vậy thì ta đi theo hướng công nghệ thô thiển vậy. Ví dụ thiên hạ đang chuộng công nghệ 28 nm thì ta bắt đầu từ công nghệ 28 um hoặc 280 um. Khá buồn cười, nhưng chắc chắn công nghệ này vẫn nhỏ hơn đèn chân không DIY, nhỏ hơn IC DIP chức năng cố định thông dụng.

Thì chắc chắn là nhỏ hơn rồi. Không biết các bác có nhớ thời 70 mấy radio bỏ túi thường quảng cáo là có 7 hay 9 cái transistor trong máy không? Nhờ những thứ bán dẫn này mà đồ điện tử mới bỏ túi được.

[bqviet]

Thời 70 miền Bắc đến radio đèn chân không còn hiếm. Khoảng những năm 82-85 nhà nào có cái đài 7 đèn là kinh khủng, hàng của Liên Xô thời đó loại bé nhất cũng to cỡ xấp giấy A4 500 tờ. Sau năm 86 bỏ chế độ bao cấp, nhưng hàng Nhật phải tới cỡ năm 90 mới vào được.

[hithere123]

Các bác quay về tận những năm 70 thì xa quá. Nhưng bây giờ nhớ lại "cái ngày xưa" cũng vui. Kỹ thuật số thì em không dám nói chứ kỹ thuật tương tự thì em biết rất nhiều mạch trong IC hiện nay vẫn dùng thiết kế của những năm 80. À mà không biết bác bqviet có biết là thời 80-90 Việt Nam mình cũng làm được transistor đấy (nhà máy Z181 ở Nghĩa Đô). Sau khi khối XHCN sụp đổ ở Châu Âu thì chuyển sang lắp tivi. Nhắc đến tivi làm em nhớ đến vụ ông cụ nhà em bảo em ở nhà bật tivi thì không được cắm vào 220V, thế quái nào em lại nghịch thử cắm vào 220V xem nó bị sao. Tối về bị ăn đòn luôn nhưng vẫn nghĩ là mình bị "ăn đòn oan" nên sau này em mới học điện tử xem có đúng là mình bị oan không.

Em nghĩ lại thấy cái tình trạng lĩnh vực IC hiện nay ở Việt Nam sao nó giống giống cái tình trạng lắp tivi hồi 90 thế

Một vài dòng chia sẻ, chúc các bác cuối tuần vui vẻ!

[Paddy]

Deposition II

Để tiếp nối chương trình, phần kế tiếp là deposition loại 2 kêu là Chemical Vapor Deposition (CVD).

Nói đơn giản là biến từ thể hơi, thể lỏng thành thể rắn để đắp lên mặt wafer. Giống như evaporation ở trên, thay vì cho kim loại bốc hơi rồi bám lên mặt wafer, họ dùng hơi kim loại.

Nghe thì hơi vô lý đấy, kim loại (nói riêng) thì làm gì có thể hơi. Lấy cạc bon làm thí dụ. Nó là thể rắn, nhưng khi cho thêm oxy vào thì thành thể hơi như CO hoặc CO2.

Đối với kim loại trong thể hơi thì cái đầu tiên tớ thấy trong nghề là WF6, tức là tungsten trong thể hơi (khi hòa hợp với khí flouride). Trong lò CVD thì qua phản ứng hóa học và nhiệt độ, chất hơi WF6 sẽ phân hóa thành thể rắn kim loại tungsten (bám vào mặt wafer) và thể hơi flouride.

Ngoài dep (deposit) kim loại họ còn dùng CVD để dep chất cách điện dielectric nữa. Chắc các bác còn nhớ bài viết về Epitaxial (EPI), trong CVD cũng dùng hơi silane SiH4 (silicon trong thể hơn). Khi phân hóa thì silicon thành chất rắn bám vào wafer, còn Hydrogen thì vẫn là hơi và được loại ra.

Đây cũng là khâu chót trên wafer. Họ dùng CVD để tạo ra lớp Silicon Nitride Si3N4. Nó có 2 công dụng. Thứ nhất là cách điện và thứ 2 là ngăn chận cái chất khác làm dơ, rỉ xét mặt wafer

Trong CVD thì cũng chia ra nhiều loại khác nhau.

Plasma Enhanced CVD - cũng tương tự như Plasma Etch đã nói trên. Nhưng thay vì sói mòn thì họ dùng plasma để tăng độ phân hóa của chất hóa học

Atmospheric Pressure CVD - Thay vì dùng áp xuất thấp thì họ dùng áp xuất không khí.

Low Pressure CVD - dùng tại áp xuất thấp chừng vài chục Torr. 760T là tương đương với 760mm thủy ngân = áp xuất không khí tại mặt biển..


Các bác đọc link dưới để tìm hiểu thêm. Hoặc dùng chư CVD mà kiếm trên mạng.
Chemical vapor deposition - Wikipedia, the free encyclopedia

[Paddy]

Dep II - PVD I

Ngoài CVD ra thì còn một cách nữa để tráng lớp kim loại lên wafer. Lối này kêu là Physical Vapor Deposition hay PVD.

Cái tên nghe có vẻ trừu tượng quá, nhưng họ đặt ra như vậy để phân biệt với CVD. Bên CVD thì kim loại được lấy ra từ hơi hóa học (chemical), bên PVD thì kim loại lấy thẳng từ "hơi của kim loại". Nghe có vẻ buồn cười đấy.

Tớ cố kiếm ra một món ăn nào mà khi nấu có thể giống như khâu PVD này nhưng chưa nghĩ ra được. Cái gần giống nhất là bánh phục linh. Tưởng tượng hột lúa mì được đập cho thành bột, rồi bột bỏ vô khuôn ép lại trở thành cái bánh. Tức là một khối kim loại bị đập thành bột, rồi lớp bột này được "ép" lên mặt wafer để trở thành một lớp kim loại (không còn trong dạng bột nữa).

Thế thì làm thế nào mà biến một khối kim loại thành "dạng bột" với điều kiện là thật nhuyễn ? Có bác nào làm thợ mộc ở đây không ? Như các bác có thể đã biết là giấy nhám càng thô thì lúc chà sẽ đem ra bụi gỗ rất lón. Nếu giấy nhám mà thật mịn thì bột gỗ sẽ ra mịn hơn. Đấy là bí quyết trong PVD để ra bột thật mịn.

Lý thuyết thì rất đơn giản và hơi giống như trong máy implant và plasma etch.

Trong máy PVD thì khối kim loại được kêu là target. Nếu bỏ một chất hơi nào đó vô và dùng RF để làm rung chất hơi đó lên. Khi nó rung như vậy thì các phân tử sẽ đập lên mặt target và sẽ làm văng các phân tử kim loại của target ra. Thế thì dùng chất hơi nào ? Argon được chọn trong khâu này vì: tương đối rẻ tiền, nó là khí trơ, và quan trọng nữa là nó nặng hơn nhiều thứ khí khác. Có những thứ khí trơ nặng hơn, nhưng tốn tiền hơn.

Tại sao phải nặng. Để tớ lập lại bài viết về mô măng. Các bác ngồi học trong lớp lúc nhỏ chắc ít nhiều cũng có lấy lấy giấy vo lại rồi ném nhau chứ ? Tại sao ném vào đầu nhau mà không sao ? Với một cục đá cùng thể tích ấy thì vỡ đầu ngay. Lý do là trọng lượng của cục giấy nhở hơn cục đá do đó mô măng của nó sẽ nhỏ hơn (với cùng một vận tốc mình ném ra).

Trong PVD thì họ dùng plasma của hơi Argon cộng với RF tại 11 MHz (nếu không nhớ lầm) để cho nó rung lên (ném). Khi hơi Argon đập vào mặt target thì nó sẽ có đủ mô măng để đập văng ra vài phân tử kim loại. Tại sao phải tại 11MHz? Cái này là tại luật từ FCC đưa ra. FCC lo về sóng truyền tin (máy bộ đàm, TV, radion, cell phone, v.v.). Những gì có thể gây nhiễu cho các sóng thì FCC phải can thiệp vô. Quên không nhắc thêm là sức mạnh của RF trong PVD lên tới vài chục KW, dư sức làm cho các TV bị nhiễu.

Còn tiếp..............

[Paddy]

Chiếc máy bay F-16

Trước khi đi sâu thêm nữa tớ xin tạm dừng đây để kể một câu chuyện có thật.

Chừng hơn chục năm trước tớ có coi một chương trình nói về chiến đấu cơ của USAF. Trong đó thì có một người phát biểu rằng, chiếc máy bay được sáng tạo bởi người có bằng PhD, chế tạo bởi người có bằng MS, lái bởi người có bằng BS, nhưng được sửa chữa/bảo trì bởi người có bằng AS. Tại Mỹ cao nhất là PhD và thấp nhất là AS.

Lời nói ấy không xa sự thật mấy, và đối với máy móc trong Fab thì lại càng đúng hơn nữa.

Lý do tớ viết bài này là vì những lý thuyết của các bài viết trên thì chỉ có dân PhD họ mới hiểu rõ là tại sao thôi. Đối với tớ thì tớ chỉ lập lại cho bà con biết thôi, cũng may trước giờ chưa có bác nào hỏi vặn hết. Nếu không thì lại lòi cái không biết của tớ ra.

Như bài viết trên về khâu Thinfilm PVD, thể rắn được đập bể thành các nguyên tử rồi nén lại thành thể rắn. Tớ đã hỏi trong lớp là làm sao mà nén các nguyên tử thành thể rắn được. Người dậy trả lời rằng "tao chưa có bằng PhD, thầy dậy sao thì tao dậy lại như vậy. Tao biết rằng thầy tao cũng chưa có PhD." Đó là lý do mà tớ không thể đi xâu vào lý thuyết như của PVD, mà phải dùng cái bánh in cho dễ hiểu.

Hẹn các bác trong bài viết tới.........

[stevechao]

technical knowledge cua paddy rat tot . Paddy chac cung dang lam o linh vuc nay. Paddy hien dang lam cho cong ty ve semicon ? co the gioi thieu cho minh mot chut duoc ko?

[Paddy]

technical knowledge cua paddy rat tot . Paddy chac cung dang lam o linh vuc nay. Paddy hien dang lam cho cong ty ve semicon ? co the gioi thieu cho minh mot chut duoc ko?

Giới thiệu về cái gì bác ???

[Paddy]

PVD machine




Hình trên là hí họa máy PVD.

Gồm có vỏ của buồng máy (mầu vàng). Buồng máy (chamber) chia làm 2 phần. Nắp máy gồm có target (mầu đỏ), nam châm và nước giải nhiệt.

Target là nguồn nhiên liệu cho kim loại "đắp" lên wafer. Thường là nhôm, cobalt, titanium. Vàng và bạch kim thì hãng tớ ngừng dùng hơn 15 năm rồi vì mắc.

Từ trường của nam châm thì dùng để "gom" plasma nằm một chỗ (trên mặt wafer). Nếu không thì plasma sẽ tản ra, gây phí phạm nguyên liệu (không deposit lên mặt wafer). Miếng nam châm này quay lòng vòng để cho từ trường "đều" trên mặt wafer / plasma.


Nước giải nhiệt là nước DI (de inonized) vì điện trở cao. Lý do là giữa target và pedestal có 2 nguồn. DA và AC. AC để rung plasma để đập bể target ra phân tử. DC để tạo plasma và tạo áp cho các phân tử "bay" vào mặt wafer. Giống như mấy đứa con nít lấy bao ni lông chà vào nhựa để tạo tĩnh điện hút giấy vụn lên. Tớ dùng động từ bay để cho các bác không nghĩ rằng các phân tử từ target "rơi" xuống mặt wafer do trọng lực trái đất. Quay lại nước DI, nếu dùng nước thường thì điện trở quá thấp sẽ gây rò cho nguồn DC và AC (nguồn AC tớ quên không vẽ trong hình).


Trong phần dưới của buồng máy thì có collimator (mầu tím) và pedestal (mầu đen) là chính.

Collimator thì sẽ kiếm hình và giải thích thêm. Đại khái là một miếng kim loại hình tổ ong. Nhiệm vụ chính là giữ cho các phân tử "bay" thật "thẳng" vào mặt wafer. Vì nếu bay "nghiêng" góc sẽ gây rắc rối.

Pedestal là cái "mâm" mà wafer (mầu tím) nằm trên. Nó cũng là cực dẫn điện cho nguồn DC và AC nói trên.

Plasma thì đã nói trong các bài trước.

Vùng ngay trên mặt wafer được đặt tên là dark space (mầu đen - chấm). Chắc các bác nhớ plasma có mầu chứ ? Khi tới gần mặt wafer thì các phân tử bị ly tử hóa nhập lại với điện tử trở thành bình thường. Vì vậy vùng đó không còn là plasma nữa mà chỉ là một "cơn mưa" của các phân tử từ target. Vì không có mầu nên các bác làm máy đặt tên vùng đó là dark space (kiểu như black hole).

Còn tiếp..................

[Paddy]

Collimator

Collimator dùng trong máy PVD là như trong hình của link dưới. Bác nào chơi máy ảnh pro chắc sẽ dùng cái này để chống glare. Hoặc bác nào trong quân đội dùng súng có ống ngắm thì có thể cũng dùng cái này để chống glare (địch quân không phát hiện ra mình).

Nikon Anti Reflective Device 739



Nguyên tắc hoạt động thì rất đơn giản trong cái trên. Nó cho ánh sáng đi đúng chiều thôi. Nếu ánh sáng đi nghiêng quá thì cái "tường" của các lỗ tổ ong sẽ chặn lại. Nói tóm lại là một bộ lọc ánh sáng chỉ cho những tia "gần như" song song với tường của collimator đi ra hoặc đi vô thôi.


Đối với máy PVD thì cũng vậy. Collimator chỉ cho các phân tử đi song song với tường của lỗ tổ ong đi qua thôi. Những phân tử khác thì bị chặn lại và dính vào collimator (nó làm bằng kim loại titanium nên dễ hút các chất khác). Vì nó hút các phân tử vô, nên sau một thời gian các lỗ tổ ong sẽ nhỏ lại và cần phải thay.

Thế thì ảnh hưởng như thế nào đến với wafer trong máy PVD. Xin coi hình hí họa ở dưới.





Có bác nào trú mưa mà đứng về mặt gió thổi không ? dĩ nhiên là không rồi.

Hình trên có 2 phần. Phần trên không có collimator thì các phân tử có thể đi lệch lạc. Tớ vẽ cho nó đi một bên cho dễ hiểu. Nếu "mưa" đi một bên thì một bên tường sẽ "ướt" nhiều hơn, và một bên sẽ ướt ít hơn. Đối với wafer trong PVD cũng vậy. Một bên sẽ bị deposited nhiều hơn hoặc ít hơn.

Hình phần dưới thì có collimator, "mưa" rơi thẳng nên "ướt" đều hơn.

[Paddy]

Etch Back.





Trong khâu thinfilm thì có vấn đề hay bị là khi deposit vô những lỗ quá sâu thì sẽ bị như hình trên bên phía trái. Lý do là các phân tử bám vào mọi phía, nhưng những phần nhô ra thì bị bám từ trên xuống và từ ngang qua (trái / phải) do đó những chỗ nhô ra bị deposited nhiều hơn. Trong khi những phần dưới đáy thì ít đi, và nhất là trong góc dứoi đáy. Lý do là các phân tử đi song song với lỗ đã bị thu hút vô từ trên rồi, nên chẳng còn bao nhiêu đi xuống dưới hết.

Vì thế mà sau một lúc thì phần miểng lỗ sẽ bị dầy ra và thắt lại. Kết quả là một lỗ hổng nằm gần dưới đáy lỗ (mầu đỏ đậm, hình thù hơi giống hình tam giác). Vùng này được gọi là void, vì nó không có chất người ta muốn đắp vô đó, mà thường thì chỉ có các tạp chất khác mà người ta không muốn. Nên nhớ là trong CVD thì chất hóa họ vô sẽ bị phân hóa ra thành nhiều thứ khác nhau. Vùng này sẽ gây nhiều rắc rối cho sản phẩm. Cũng dễ hiểu thôi. VD nếu vùng này là via để dẫn điện từ lớp này qua lớp khác thì điện trở sẽ tăng rất cao, làm ảnh hưởng đến mạch điện.

Để chống lại trường hợp này thì họ dùng RF để rung plasma lên. Cũng giống như nói trên bài PVD, plasma đập vào mọi nơi làm bể các chất rắn thành phân tử. Nhưng thế thì nó đập bể hết mọi thứ trên mặt wafer !!! ??????

Có bác nào đã ngồi đẽo mấy miếng ngói để chơi đánh đáo chưa ??? Hoặc đã thấy thợ nề dùng cái bay để đẽo gạch chưa ?? Khi đẽo một miếng ngói cho nhỏ lại thì thường là ai cùng đẽo từ ngoài vô trong hết, lý do là phần cạnh hoặc góc của miếng ngói dễ đập bể hơn ngay chính giữa.

Vì các góc cạnh dễ bị vỡ ra cho nên khi các ion trong plasma đập vào chỗ miệng cái lỗ (xem hình phải chỗ được tô đỏ đậm), thì nó sẽ "đẽo" bớt các miệng lỗ ra. Trong khi phần trên mặt wafer giữa 2 lỗ thì cứng hơn và khó bị "đẽo" cho nên ít bị hao mòn vì plasma hơn. Kết quả là các phần bị đẽo sẽ rơi xuống lỗ và cả wafer sẽ không bị void.

Nghe thì thấy đơn giản thật đấy, nhưng cũng tốn các nhà bác học bao nhiêu năm mới kiếm ra giải pháp này. Và vì nằm trong khâu deposit mà bị đẽo bớt lại cho nên họ đặt tên phương pháp này là Etch Back (ăn mòn lại).

[Paddy]

Sheet resistance

Trong thinfilms thì khi đo độ dầy của lớp cách điện dielectric thì dùng sự khúc xạ của ánh sáng. Đối với lớp kim loại dùng khúc xạ không được.

Có 2 cách.

1. Bỏ lên cân. Dù rằng chỉ là 1 lớp kim loại thật mỏng nhưng những cái cân đó có thể cho biết bao nhiêu kim loại đã được đắp lên (dùng phương pháp trừ bì). Những cái cân này rất nhậy. Bỏ một wafer mới lấy trong lò ra còn ấm (chừng 50 độ) thì thấy nó rất nhẹ (vì hơi nóng bốc lên đủ để tạo "gió" làm cân sai). Tuy nhiên nó chỉ cho biết bao nhiêu thôi chứ cái quan trọng mà họ muốn biết là độ dẫn điện.

2. Cách chính xác hơn là đo sheet resistance. Các bác đọc link dưới về cái này

Sheet resistance - Wikipedia, the free encyclopedia

Khi đo thì họ dùng bốn "que" đo để đo lớp kim loại trên wafer. Xem link này Four-terminal sensing - Wikipedia, the free encyclopedia

Lối đo này bị một nhược điểm là que đo sẽ làm thủng mặt kim loại. Vì thế mà trên wafer được bỏ riêng ra một khu để thử sheet resistance. Những khu này được gọi chung là test area, nhưng nhiều người hay kêu là test pattern (dù rằng trong đó nhiều khi không có pattern nào hết). Khu test area này về sau sẽ bị cắt bỏ.

Sẽ kiếm hình về test area cho các bác xem sau.....................

[binhdt04]

Hi Paddy!

Theo mình đoán thì bác có kinh nghiệm không dưới 10 năm làm trong lĩnh vực này đâu .

mình đã theo dõi luồn này rất lâu , mình ko hiểu biết nhiều như bác nhưg cũng có chút ít về nó (EE mà . Theo nhu bác nói ) Mình cũng định tìm hiểu thêm để biết nhiều hơn . Mong là có nhiều bài viết hơn từ bác . Mạo muội gọi hai tiếng Sư Phụ .