Theo chia sẻ từ các nhà điều hành chuỗi cung ứng, ngành công nghiệp sản xuất chip đang trải qua quá trình chuyển đổi rõ rệt, trong đó các vật liệu mới và hóa chất tân tiến đang đảm nhận vai trò cốt lõi. Đáng chú ý, các công ty lớn như TSMC và Intel đang tích cực đẩy công nghệ sản xuất đến cực hạn để có thể đạt đến cột mốc chip 2nm.
Vai trò của vật liệu và hóa chất trong việc thúc đẩy công nghệ sản xuất chất bán dẫn
Định luật Moore chỉ ra rằng, khi các bóng bán dẫn tiếp tục được thu nhỏ lại, các con chip sẽ trở nên mạnh hơn, với hiệu suất cao hơn, nhưng chu kỳ đó đang dần diễn ra chậm hơn so với định luật ban đầu.
Trong bối cảnh tiến trình để thu nhỏ con chip đang ngày một chậm hơn, các giám đốc điều hành cấp cao của Entegris và Merck cũng nhấn mạnh bối cảnh cuộc đua chip toàn cầu đang thay đổi một chách nhanh chóng trong một cuộc phỏng vấn với Nikkei Asia. James O’Neill – Giám đốc Công nghệ của Entegris chỉ ra rằng, trọng tâm đã chuyển từ máy móc/thiết bị sản xuất chip sang vật liệu mới và hóa chất thuộc giải pháp làm sạch như một vai trò then chốt trong việc tạo điều kiện thuận lợi cho các quy trình sản xuất tiên tiến hơn.
Theo ông James, ba mươi năm trước, tất cả đều xoay quanh kỹ thuật in thạch bản vì họ cho rằng, một chiếc máy có thể in ra bản thiết kế mạch chuẩn xác, đồng nghĩa với việc con chip sẽ càng tiên tiến và có hiệu suất cao hơn. Tuy nhiên, ông cũng chia sẻ “Trong bối cảnh ngày nay, tôi có thể khẳng định chắc chắn rằng, đổi mới vật liệu là động lực chính giúp cải thiện hiệu suất”.
Kai Beckmann, Giám đốc điều hành bộ phận kinh doanh điện tử của Merck, cũng nhắc lại quan điểm này, nhấn mạnh sự chuyển hướng sang “thời đại vật liệu”. Trong khi thừa nhận tầm quan trọng liên tục của các công cụ, Beckmann cho rằng vật liệu hiện nay là yếu tố quan trọng tạo ra sự khác biệt lớn trong việc phát triển công nghệ. Theo ông đây là thời điểm quan trọng không chỉ đối với sự phát triển của bộ vi xử lý và chip logic mà còn đối với các lĩnh vực chip bộ nhớ, bao gồm công nghệ bộ nhớ flash DRAM và 3D NAND.
Cuộc đua sản xuất chip 2nm
Sản xuất hàng loạt chip 2 nanomet vào năm 2025 và theo đuổi khả năng làm ra những con chip phức tạp hơn là mục tiêu của những “gã khổng lồ” trong ngành như TSMC, Samsung và Intel.
Những cái tên đứng đầu trong sản xuất chip nhớ như Samsung, SK Hynix, Micron đang nỗ lực đạt vị trí cao hơn với sự phát triển công nghệ đèn flash 3D NAND, đạt mục tiêu làm ra những con chip 500 lớp. 3D NAND là một loại bộ nhớ flash cố định trong đó các ô nhớ được xếp chồng lên nhau theo chiều dọc thành nhiều lớp, càng nhiều lớp thì chip càng được xem là cao cấp, có dung lượng lưu trữ lớn hơn.
Sự phát triển của cả bộ xử lý (3D DRAM) và công nghệ bộ nhớ (3D NAND) đòi hỏi phải có vật liệu tiên tiến, vì quá trình chuyển đổi sang sản xuất chip 2nm (chip logic) đòi hỏi phát triển một “kiến trúc” chip hoàn toàn mới, đặc biệt là cổng toàn diện (Gate-all-around GAA). Các bóng bán dẫn được xếp chồng đa chiều lên nhau ở một mức độ phức tạp hơn trước rất nhiều (so với chip 3nm).
Các thế hệ bóng bán dẫn
Nguồn: Lam Research (2020), ASML, Chiến lược kinh doanh quốc tế
O’Neill thậm chí còn so sánh việc sử dụng hóa chất vào bóng bán dẫn 3D giống như việc “phun sơn Thành phố New York từ một cái trực thăng”, nhấn mạnh mức độ khó cao trong việc kiểm soát việ phun hoá chất một cách chính xác ở các mặt của con chip. Việc phát triển vật liệu cho cấu hình bóng bán dẫn tiên tiến như GAA đòi hỏi kỹ thuật ở quy mô nguyên tử để phủ đều tất cả các bề mặt của chip (mặt trên, mặt dưới và các bề mặt cạnh).
Hóa chất cũng ngày càng trở nên quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng ổn định của chip 2nm tân tiến. O’Neill cho rằng tăng năng suất sản xuất (tỷ lệ chip hoạt động và được duyệt trong một lô hàng) là yếu tố quan trọng khi bàn về khả năng cạnh tranh thương mại của các công ty bán dẫn. Vì vậy, hóa chất có độ tinh khiết cao là điều cần thiết để đạt được hiệu quả sản xuất, giảm thiểu sai sót.
Beckmann cũng nhấn mạnh sự phát triển vật liệu mới trong ngành bán dẫn, khám phá các vật liệu thay thế như molypden để thay thế đồng trong các quy trình sản xuất chip. “Bạn cần một bộ vật liệu hoàn toàn mới để tạo ra các nút chip tiên tiến nhỏ hơn bao giờ hết”.
Việc liên tục thay đổi, và phát triển yêu cầu phải trả một cái giá khá đắt. Theo công ty tư vấn ngành công nghiệp chip International Business Strategies, ước tính một tấm wafer chip 2nm có giá lên tới 30.000 USD, đắt hơn 50% so với thế hệ trước (chip 3nm).
“Đây là một ngành sử dụng rất nhiều vốn” Giám đốc điều hành Entegris Bertrand Loy chia sẻ với Nikkei Asia. Do chi phí vốn khổng lồ tạo ra rào cản cho những người mới tham gia vào thị trường, các hãng bán dẫn lớn dự kiến sẽ tiếp tục thống trị ngành với các vật liệu/hóa chất mới, tiến tới cột mốc chip 2nm. Các chính phủ trên toàn thế giới, như Hoa Kỳ, Trung Quốc, Châu Âu, Nhật Bản và Ấn Độ, đang thúc đẩy sản xuất chất bán dẫn ở nước ngoài, nhằm mục đích giành lấy nguồn lợi thế cạnh tranh.
Nguồn tin: