Những tiêu chuẩn khắt khe phía sau nhà máy chip Viettel

Việt Nam – Viettel khởi công nhà máy chế tạo chip bán dẫn công nghệ cao, đánh dấu lần đầu tiên Việt Nam bước vào công đoạn khó nhất và phức tạp nhất trong chuỗi giá trị bán dẫn toàn cầu: trực tiếp chế tạo chip. Đằng sau sự kiện này không chỉ là thêm một dự án công nghiệp, mà là bước chuyển cho thấy Việt Nam bắt đầu hiện diện trong một lĩnh vực có yêu cầu kỹ thuật, kỷ luật vận hành và tiêu chuẩn hạ tầng thuộc loại khắt khe nhất thế giới.​

Về bản chất, một con chip bán dẫn không phải là khối vật liệu đơn lẻ, mà là một cấu trúc cực kỳ phức tạp được xây dựng từ hàng trăm lớp màng mỏng chồng lên nhau. Mỗi lớp đảm nhận một chức năng riêng, sở hữu cấu trúc và đặc tính lý – hóa khác nhau, kết hợp lại để tạo nên “bộ não” điều khiển vô số thiết bị thông minh trong nền kinh tế số.​

Nguyên liệu đầu vào của nhà máy là các tấm wafer trắng, làm từ tinh thể silic với độ tinh khiết gần như tuyệt đối, đến mức trong một tỉ nguyên tử silic chỉ cho phép tồn tại khoảng một nguyên tử tạp chất. Trước khi bước vào dây chuyền xử lý, mỗi wafer phải được làm sạch tuyệt đối, vì chỉ một hạt bụi siêu nhỏ bám lên bề mặt cũng đủ làm sai lệch cấu trúc mạch và khiến cả lô sản phẩm bị loại.​

Để hình thành từng lớp màng mỏng, nhà máy phải làm chủ đồng thời nhiều nhóm công nghệ lõi, vận hành trong một quy trình khép kín và lặp lại hàng trăm lần. Mỗi lớp trên wafer đều phải trải qua bảy công đoạn bắt buộc: làm sạch, lắng đọng, quang khắc, ăn mòn, cấy ion, ủ nhiệt và làm phẳng; không công đoạn nào mang tính “phụ”, cũng không có bước nào được phép làm tạm bợ.​

Sau khi làm sạch, wafer được đưa vào công đoạn lắng đọng, nơi các lớp kim loại hoặc điện môi được phủ lên bề mặt thông qua phản ứng hóa học hoặc bay hơi vật lý. Độ dày mỗi lớp chỉ ở mức nguyên tử, nên việc kiểm soát nhiệt độ, áp suất, lưu lượng và thời gian phải đạt độ chính xác cực cao, bởi một sai số nhỏ cũng có thể khiến lớp màng bị rạn nứt hoặc không đạt đúng đặc tính thiết kế.​

Tiếp đó, wafer đi vào công đoạn quang khắc – được xem là “trái tim” của nhà máy chế tạo chip. Tại đây, các mẫu mạch siêu nhỏ được in lên lớp nhạy sáng trên bề mặt wafer, nhằm tạo nên hàng tỉ bóng bán dẫn trong diện tích chỉ nhỏ bằng một móng tay.​

Quang khắc cũng là nơi tập trung những thiết bị phức tạp và đắt đỏ nhất của toàn dây chuyền. Một máy quang khắc, với hàng nghìn linh kiện siêu chính xác, có giá trị lên tới khoảng 400 triệu USD và được xếp vào nhóm những cỗ máy tinh vi nhất mà con người từng chế tạo cho hoạt động công nghiệp.​

Sau quang khắc là các công đoạn ăn mòn, cấy ion và ủ nhiệt, lần lượt tạo hình, “điều chỉnh” tính chất điện của vật liệu và ổn định cấu trúc mỗi lớp mạch. Mỗi bước đều chịu sự giám sát chặt chẽ về thông số, bởi bất kỳ sai số nào ở giai đoạn này đều rất khó sửa chữa khi con chip đã dần hoàn thiện qua nhiều lớp.​

Công đoạn làm phẳng bề mặt (planarization) giữ vai trò bảo đảm cho mỗi lớp tiếp theo có nền tảng đồng đều, không bị gồ ghề hay cong vênh ở mức vi mô. Sự ổn định này đặc biệt quan trọng khi kích thước bóng bán dẫn ngày càng nhỏ, mật độ ngày càng dày, khiến biên độ sai số chấp nhận được gần như bằng không.​

Bên cạnh dây chuyền công nghệ, hạ tầng kỹ thuật của nhà máy chip cũng phải đạt đến chuẩn khắt khe hiếm thấy. Hệ thống phòng sạch phải kiểm soát mật độ bụi ở mức thấp hơn nhiều lần so với môi trường bệnh viện, đồng thời duy trì nhiệt độ, độ ẩm, áp suất và độ rung trong biên độ cực hẹp để không ảnh hưởng đến bề mặt wafer.​

Nguồn điện cung cấp cho nhà máy phải ổn định, gần như không được phép mất điện đột ngột, trong khi nước sử dụng được xử lý đến mức siêu tinh khiết để không mang theo bất kỳ ion hay tạp chất nào gây hại cho sản phẩm. Các hệ thống khí, hóa chất và xử lý chất thải cũng phải đáp ứng nhiều tiêu chuẩn an toàn, môi trường nghiêm ngặt, từ khâu vận hành đến khâu giám sát.​

Chính những yêu cầu dồn dập về công nghệ, vốn đầu tư, con người và kinh nghiệm vận hành khiến số lượng quốc gia làm chủ được khâu chế tạo chip trên thế giới vẫn chỉ đếm trên đầu ngón tay. Việc Viettel khởi công nhà máy chip công nghệ cao vì thế không chỉ thể hiện tham vọng riêng của một doanh nghiệp, mà còn cho thấy Việt Nam đang chủ động bước vào “sân chơi” có rào cản gia nhập thuộc nhóm khó nhất hiện nay.​

Nhà máy này khi đi vào hoạt động sẽ góp phần đưa Việt Nam tiến xa hơn trong chuỗi giá trị bán dẫn, từ vị thế chủ yếu tham gia các khâu lắp ráp, đóng gói, thử nghiệm sang tham gia trực tiếp vào sản xuất lõi. Đây cũng là nền tảng quan trọng để hình thành hệ sinh thái nhân lực chất lượng cao, thu hút chuyên gia, kỹ sư và doanh nghiệp công nghệ trong và ngoài nước cùng phát triển.​

Đối với người đọc, có thể hình dung đơn giản: nếu coi thiết bị số như cơ thể, phần mềm là “hệ thần kinh” thì con chip chính là “bộ não” xử lý mọi mệnh lệnh. Làm chủ được khâu chế tạo “bộ não” này đồng nghĩa với việc một quốc gia có thêm năng lực tự chủ về công nghệ, giảm phụ thuộc vào nguồn cung bên ngoài trong các lĩnh vực chiến lược từ viễn thông, quốc phòng đến hạ tầng số.