VAI TRÒ CỦA KỸ THUẬT HÓA HỌC TRONG CN SẢN XUẤT CHÍP BÁN DẪN

Dưới đây là các ứng dụng cụ thể của lĩnh vực kỹ thuật hóa học trong công nghệ sản xuất chíp bán dẫn.

1. Kỹ thuật phủ lớp mỏng chính xác

Liệu kỹ thuật lắng đọng hơi hóa học (CVD) và lắng đọng lớp nguyên tử (ALD) có phải là những quy trình thiết yếu trong sản xuất chất bán dẫn không? CVD liên quan đến việc lắng đọng có kiểm soát các lớp mỏng trên chất nền, trong khi đó ALD cho phép kiểm soát độ dày lớp phủ ở cấp độ nguyên tử. Các cử nhân, kỹ sư kỹ thuật hóa học có thể tối ưu hóa các kỹ thuật này bằng cách phát triênt các tiền chất mới đảm bảo tính chất màng chính xác của màng phủ. Ngoài ra, những tiến bộ trong thiết kế thiết bị phản ứng cho phép kiểm soát tốt hơn tốc độ lắng đọng (tốc độ phủ) và tính đồng nhất của lớp màng, dẫn đến vật liệu bán dẫn và chíp bán dẫn đạt được chất lượng cao hơn.

2. Khắc và tạo hình chính xác

Kỹ thuật khắc quang học (photolithography) và khắc khô (etching) là những công đoạn cốt yếu trong việc tạo ra các mẫu phức tạp trên tấm bán dẫn (wafer). Các cử nhân, kỹ sư hóa học đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các quy trình khắc tiên tiến đạt được độ chính xác ở cấp độ nano. Những tiến bộ mới như khắc plasma và khắc ion dựa trên việc triển khai và điều khiển các phản ứng hóa học để loại bỏ các lớp cụ thể với độ chính xác cực cao. Thông qua các lĩnh vực chuyên môn sâu về kỹ thuật hóa học, các nhà nghiên cứu có thể điều chỉnh chính xác các thông số khắc để ngăn chặn các phản ứng phụ, giảm thiểu khuyết tật và nâng cao khả năng tái tạo các mẫu.

3. Phát triển vật liệu

Các cử nhân, kỹ sư Kỹ thuật Hóa học có những đóng góp không nhỏ vào việc phát triển các vật liệu tiên tiến nhằm cải thiện các tính chất điện, nhiệt và quang của vật liệu bán dẫn và các loại nguyên vật liệu có liên quan khác ứng dụng trong công nghệ sản xuất chíp bán dẫn. Điều này liên quan đến việc điều chỉnh thành phần và cấu trúc vật liệu ở cấp độ phân tử để nâng cao hiệu suất của chất bán dẫn. Ví dụ, việc tích hợp các vật liệu điện môi mới với dòng rò rỉ thấp hơn có thể nâng cao khả năng tiết kiệm năng lượng của chíp bán dẫn. Ngoài ra, các kỹ sư kỹ thuật hóa học còn đóng vai trò then chốt trong việc tổng hợp và phân tích đặc tính của các vật liệu này để đảm bảo chúng tương thích với các quy trình sản xuất hiện có.

4. Giảm thiểu chất thải và phát triển bền vững

Sản xuất chất bán dẫn tạo ra một lượng lớn chất thải, bao gồm cả vật liệu và năng lượng tiêu thụ. Các kỹ sư kỹ thuật hóa học có thể phát triển các quy trình thu hồi và tái chế chất thải, giảm thiểu tối đa ô nhiễm môi trnhieemxtrong quá trình sản xuất chất bán dẫn và chíp bán dẫn. Bằng cách tối ưu hóa việc sử dụng dung môi, giảm chất thải hóa học và thiết kế các hệ thống tuần hoàn, các kỹ sư kỹ thuật hóa học có thể góp phần tạo nên một ngành công nghiệp sản xuất chất bán dẫn và chíp bán dẫn bền vững hơn.

5. Tích hợp và tối ưu hóa quy trình

Công nghệ sản xuất chất bán dẫn và chíp bán dẫn tiên tiến bao gồm một chuỗi các bước phức tạp. Vai trò của các cử nhân và kỹ sư kỹ thuật hóa học là sử dụng các kỹ thuật tích hợp và tối ưu hóa quy trình để nâng cao hiệu quả của các bước công nghệ này. Bằng cách phân tích sự kết nối giữa các công đoạn khác nhau và xác định các nút thắt trong cả quá trình công nghệ, họ có thể đơn giản hóa quy trình, giảm thời gian cho một chu trình sản xuất và cải thiện năng suất của hệ thống.

6. Công nghệ nano

Công nghệ nano đã đưa các thiết bị bán dẫn lên một cấp độ thu nhỏ chưa từng có. Các cử nhân và kỹ sư kỹ thuật hóa học đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các kỹ thuật chế tạo vật liệu mới ở cấp độ nano, chẳng hạn như quá trình tự kết nối (self-assembly) và quá trình phát triển có định hướng ở cấp độ phân tử (directed molecular growth). Những kỹ thuật này đều dựa trên các nguyên lý về hóa học và kỹ thuật hóa học để tạo ra các cấu trúc phức tạp với độ chính xác chưa từng thấy, cho phép sản xuất các transistor và các thành phần cực nhỏ khác.

Lời kết
Sự kết nối giữa công nghệ bán dẫn và kỹ thuật hóa học đang dần dần định hình lại ngành công nghiệp điện tử. Thông qua các kỹ thuật lắng đọng (CVD) chính xác, quy trình khắc tiên tiến, tổng hợp và phát triển vật liệu tiên tiến, nỗ lực giảm thiểu chất thải, tối ưu hóa quy trình và tiến bộ trong công nghệ nano, các cử nhân và kỹ sư hóa học đang mang đến một cuộc cách mạng trong công nghệ sản xuất chất bán dẫn và chíp bán dẫn. Sự phối hợp này thúc đẩy việc tạo ra các thiết bị hoạt động nhanh hơn, hiệu quả hơn và bền vững với môi trường hơn, cung cấp cho nhiều lĩnh vực trong kỷ nguyên số trên Thế giới của chúng ta. Khi chúng ta tiếp tục vượt qua những ranh giới của những gì có thể, vai trò của KỸ THUẬT HÓA HỌC trong lĩnh vực sản xuất chất bán dẫn và chíp bán dẫn sẽ ngày càng trở nên quan trọng.
Lược dịch và bổ sung: TS. Nguyễn Đặng Bình Thành
Source: https://colddsam.medium.com/revolutionizing-semiconductor-production-through-chemical-engineering-d4014e581219#:~:text=Chemical%20engineers%20contribute%20to%20the,level%20to%20enhance%20semiconductor%20performance.
Bạn đọc quan tâm xin đón đọc chuỗi bài viết về vai trò của kỹ thuật hóa học sắp được ra mắt dưới đây.