Chip ngày càng dựng theo chiều dọc: Carbon mới tự chảy vào khe sâu rồi làm phẳng bề mặt

Khi transistor, DRAM và 3D NAND ngày càng dựa vào các cấu trúc cao, hẹp và xếp theo chiều dọc, một bài toán tưởng đơn giản lại trở nên khó: làm sao đưa vật liệu xuống tận đáy những khe sâu mà không bịt miệng khe trước, đồng thời vẫn để lại một bề mặt đủ phẳng cho bước patterning tiếp theo.

ASM International vừa đưa ra một cách xử lý khác với lớp carbon lắng đọng kiểu truyền thống. Hệ thống XP8 Vertos Flowable Carbon, công bố ngày 22/9/2026, tạo một màng carbon bằng PECVD nhưng được thiết kế để có khả năng “flow” trong lúc hình thành: vật liệu đi vào các feature có tỷ lệ chiều sâu/chiều rộng lớn, lấp từ dưới lên và tự làm phẳng bề mặt wafer. ASM cho biết công nghệ đã bắt đầu được triển khai trong sản xuất khối lượng lớn và có thể dùng cho cả logic lẫn memory.

Đây không phải carbon dùng làm transistor hay dây dẫn cuối cùng của con chip. Vai trò của nó nằm trong patterning — chuỗi bước tạo và chuyển các hình học cực nhỏ lên wafer, nơi carbon có thể đóng vai trò vật liệu lấp khe hoặc hỗ trợ các hard-mask scheme trước khi những lớp tiếp theo được tạo ra.

Vì sao chip 3D khiến một lớp carbon cũng trở thành bài toán khó?

Ở cấu trúc tương đối phẳng, một lớp màng bám theo hình dạng bề mặt chưa chắc gây nhiều rắc rối. Nhưng khi feature trở thành những rãnh rất hẹp và sâu, cách lắng đọng kiểu conformal có thể tạo vật liệu trên thành và miệng rãnh nhanh hơn phần đáy. Nếu phần trên khép lại trước, bên trong có thể còn void hoặc seam.

ASM mô tả một vấn đề khác của carbon film thông thường: vì màng bám theo topography có sẵn, địa hình gồ ghề của wafer được “sao chép” lên lớp mới. Sau khi lấp đầy, nhà sản xuất vì thế có thể phải dùng thêm chemical mechanical planarization (CMP) hoặc etch-back để đưa bề mặt trở lại đủ phẳng.

Những bước bổ sung này không chỉ tốn thời gian. Mỗi lần thêm deposition, etch hay planarization đều kéo theo thêm biến số về độ đồng đều, defect và alignment trong một quy trình vốn đã có hàng trăm công đoạn.

Flowable Carbon đổi cách lấp khe như thế nào?

Vertos dùng plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD), tức tiền chất ở pha khí đi vào buồng phản ứng và được plasma kích hoạt để hình thành màng trên wafer. Điểm ASM nhấn mạnh là màng carbon mới không chỉ bám theo bề mặt một cách thụ động. Trong giai đoạn lắng đọng, vật liệu được thiết kế để có độ “flowable” đủ để đi vào feature, ưu tiên lấp phần thấp và cuối cùng tạo mặt trên phẳng hơn.

Theo mô tả của công ty, quá trình này có thể lấp các feature tỷ lệ khung hình cao mà không tạo void hay seam, đồng thời self-planarize trên toàn wafer. Gap-fill và planarization vì thế được gộp vào cùng một nền tảng PECVD thay vì phải lấp trước rồi sửa topography bằng một bước cơ học hoặc etch riêng.

Hình minh họa chính thức của ASM cho thấy điểm khác biệt khá trực quan: ban đầu wafer có những trench cao thấp khác nhau; sau khi Flowable Carbon điền vào khoảng trống, bề mặt phía trên trở thành một mặt phẳng liên tục thay vì giữ nguyên hình gồ ghề của cấu trúc bên dưới.

ASM còn nói vật liệu có thể planarize trên những vùng có mật độ pattern khác nhau, có độ ổn định nhiệt cao hơn và hỗ trợ area-selective deposition. Ngoài full gap-fill, nền tảng cũng có thể kết hợp với recess process để dừng ở một mức fill có kiểm soát thay vì luôn lấp đầy toàn bộ.

“Tự chảy” không có nghĩa là đổ chất lỏng lên wafer

Cụm “flowable carbon” dễ tạo cảm giác đây là một loại nhựa lỏng được rót vào rãnh. Thực tế quy trình vẫn là lắng đọng từ pha khí bằng plasma. Khả năng chảy xuất hiện trong trạng thái vật liệu đang được hình thành trên bề mặt.

Một đơn sáng chế của ASM IP Holding B.V. công bố tháng 3/2026 cho thấy một hướng kỹ thuật liên quan. Tài liệu mô tả tiền chất carbon được đưa vào buồng phản ứng, plasma chuyển nó thành một vật liệu carbon ban đầu có tính nhớt và có thể chảy; vật liệu sau đó tiếp tục phản ứng và trở nên rắn hơn. Hồ sơ cũng mô tả việc điều chỉnh độ flowability giữa các lớp để lấp các trench có aspect ratio khác nhau và tạo bề mặt phẳng.

Tuy vậy, patent không nên được đọc như recipe của sản phẩm thương mại. ASM không công bố đầy đủ hóa học tiền chất hay toàn bộ thông số quy trình của Vertos trong thông báo ra mắt. Hồ sơ sáng chế chỉ cho thấy cách một hệ PECVD carbon “flowable” có thể được tạo ra về mặt kỹ thuật, không xác nhận mọi chi tiết đó đều được giữ nguyên trong hệ thống đang bán cho fab.

Điểm đáng chú ý: đây không còn là demo trong phòng lab

ASM gọi Vertos là màng Flowable Carbon PECVD đầu tiên trên thị trường và cho biết đã có initial deployment in high-volume manufacturing. Đây là khác biệt quan trọng so với nhiều vật liệu bán dẫn mới chỉ được chứng minh trên wafer thử nghiệm.

Công ty không nêu khách hàng, node hay sản phẩm cụ thể đang sử dụng hệ thống, nên chưa thể suy ra Flowable Carbon đã trở thành bước tiêu chuẩn trong một quy trình logic hoặc memory thương mại nào. Nhưng việc ASM nói công nghệ đã bước vào môi trường HVM cho thấy mục tiêu của Vertos không chỉ là proof-of-concept.

Nền tảng được nhắm tới nhiều nhóm cấu trúc: advanced logic, DRAM, 3D NAND, các patterning scheme có hard mask phức tạp, và về sau có thể cả advanced packaging hoặc wafer-level integration. Trang sản phẩm của ASM cũng nói Vertos hỗ trợ feature từ trench tới cavity kích thước micromet.

Giảm một bước CMP có ý nghĩa hơn con số nghe có vẻ nhỏ

CMP là công nghệ cốt lõi của sản xuất chip và không biến mất chỉ vì có Flowable Carbon. Điều ASM tuyên bố hẹp hơn: ở những flow sử dụng carbon gap-fill này, khả năng tự planarize có thể loại bỏ bước CMP hoặc etch-back downstream dành riêng cho lớp carbon.

Nếu hiệu quả đó giữ được trên nhiều loại pattern và wafer sản xuất thực, giá trị nằm ở việc rút ngắn integration flow, giảm số lần wafer phải qua thiết bị khác và giảm cơ hội phát sinh defect. Trong một fab, loại cải tiến như vậy thường quan trọng không kém một vật liệu có thông số đơn lẻ tốt hơn, vì yield và throughput phụ thuộc vào toàn bộ chuỗi công đoạn.

Nhưng còn nhiều thông tin ASM chưa công bố: mức aspect ratio tối đa của sản phẩm thương mại, tốc độ deposition, độ co sau cure, độ chọn lọc etch, defect density, độ đồng đều wafer-to-wafer và chi phí trên mỗi wafer. Đây mới là những chỉ số quyết định Flowable Carbon sẽ được dùng rộng đến đâu ngoài các deployment ban đầu.

Chip 3D đang buộc vật liệu phải thay đổi hành vi

Khi các cấu trúc bán dẫn còn chủ yếu phát triển theo mặt phẳng, nhiệm vụ của màng mỏng thường là phủ thật đều lên hình học sẵn có. Nhưng ở các kiến trúc ngày càng “dựng đứng”, phủ đều chưa chắc là đủ. Đôi khi vật liệu phải đi vào đúng nơi, tránh để lại khoảng rỗng, dừng ở đúng độ cao và tự tạo lại một mặt phẳng để quy trình có thể tiếp tục.

Flowable Carbon là một ví dụ của thay đổi đó. Thay vì chỉ hỏi “lắng đọng được màng carbon hay không”, bài toán chuyển thành “màng carbon có thể tự điều chỉnh hình dạng trong lúc lắng đọng đến mức nào”. Bước tiếp theo sẽ là xem ASM và các khách hàng của hãng chứng minh được độ ổn định đó ra sao trên nhiều loại pattern, node và thế hệ 3D memory khác nhau trong sản xuất khối lượng lớn.

Nguồn: thông báo sản phẩm và trang kỹ thuật của ASM International; thông cáo ra mắt XP8 Vertos Flowable Carbon ngày 22/9/2026; đơn sáng chế US20260082832A1 của ASM IP Holding B.V.