ETCHING – ĐIÊU KHẮC VI MÔ TRÊN SILICON

Hùng Vũ

Sun, 24 Aug 2025

Từ một tấm wafer trơn nhẵn, bạn cần “tạc” ra hàng tỷ hình dạng transistor, via, trench, contact… – những cấu trúc kích thước nano nằm bên trong chip điện tử.

Không có dao, kéo, hay búa. Bạn chỉ có axit, plasma và công nghệ nano. Đó chính là Etching – kỹ thuật khắc vật liệu cực kỳ chính xác, được sử dụng để tạo hình cho các lớp trong quy trình chế tạo vi mạch.

1.   Etching là gì?

Etching là quá trình loại bỏ có chọn lọc một phần vật liệu trên bề mặt wafer, nhờ tác động hóa học, vật lý, hoặc kết hợp cả hai, nhằm tạo nên các cấu trúc vi mô mong muốn như gate, via, trench, contact...

2.   Có mấy loại etching?

·        Wet Etching – khắc ướt

Dùng hóa chất lỏng để hòa tan vật liệu. Ưu điểm là tốc độ nhanh, chi phí thấp, nhưng lại khó kiểm soát hình dạng, thường tạo ra các đường khắc loang rộng, không sắc nét (gọi là isotropic etching).

·        Dry Etching – khắc khô

Dùng plasma (các ion khí ion hóa) hoặc chùm electron để bắn phá bề mặt vật liệu.

Loại này kiểm soát hướng khắc rất tốt, giúp tạo ra các đường khắc thẳng đứng, cạnh sắc – đặc biệt phù hợp với các công nghệ bán dẫn hiện đại.

Trong thực tế, hơn 90% các bước khắc trong quy trình chế tạo IC tiên tiến đều sử dụng dry etching.

3.   Etching được dùng ở đâu?

Etching xuất hiện trong rất nhiều bước quan trọng trong quy trình chế tạo chip:

• Khắc gate transistor: từ FinFET, GAA đến planar CMOS
• Tạo trench trong STI hoặc tầng kim loại BEOL
• Mở contact đến vùng source/drain
• Tạo via, hole cho TSV hoặc DRAM trench
• Khắc mask pattern sau bước lithography, để truyền thiết kế xuống các lớp dưới

4.   Các công nghệ Dry Etching phổ biến

• RIE (Reactive Ion Etching): kết hợp plasma, ion năng lượng thấp, và phản ứng hóa học
• ICP (Inductively Coupled Plasma): tạo plasma mật độ cao hơn → tăng tốc độ khắc
• ALE (Atomic Layer Etching): khắc từng lớp nguyên tử → phù hợp với node <5nm
• Etch-Stop Layer: sử dụng lớp đặc biệt để giới hạn độ sâu, tránh khắc vượt quá mục tiêu

5.   Ví dụ minh họa

Tình huống 1: Bạn cần khắc một trench trong SiO₂, sâu 100nm, rộng chỉ 20nm để làm via.
→ Với RIE plasma etching, bạn điều chỉnh ion năng lượng thấp để tạo trench sắc nét, thẳng đứng.
→ Nhưng nếu dùng wet etching, via sẽ bị phình ra, không đạt yêu cầu kỹ thuật.

Tình huống 2: Bạn cần khắc gate transistor GAA kích thước chỉ 3nm.
→ Lúc này, chỉ có thể dùng ALE để khắc từng lớp nguyên tử một cách chính xác, tránh phá hủy các lớp phía dưới.

6.   Lưu ý khi thực hiện etching

• Over-etch: nếu khắc quá mức sẽ làm hỏng lớp bên dưới → gây lỗi short hoặc open
• Etch selectivity kém: lớp vật liệu cần giữ lại cũng bị ăn mòn
• Charging effect: trong môi trường plasma, có thể khiến đường khắc bị lệch
• Residue, polymer sau khắc: cần làm sạch ngay lập tức (thường dùng ashing hoặc stripping)

7.   Kết luận

Etching là công nghệ điêu khắc chính xác ở cấp độ nguyên tử.
Nếu không có etching, bạn sẽ không thể tạo ra transistor, không có via, không có tầng metal, và đương nhiên… không có chip!