在半導(dǎo)體制造設(shè)備中，光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備是三大主要的設(shè)備，根據(jù) SEMI 測(cè)算數(shù)據(jù)，光刻機(jī)、刻蝕機(jī)、薄膜沉積設(shè)備分別約占半導(dǎo)體設(shè)備市場(chǎng)的24%、20%和20%。

刻蝕是利用化學(xué)或物理方法有選擇地從硅片表面去除不需要的材料的過程，目標(biāo)是在涂膠的硅片上正確地復(fù)制掩模圖形。

 

一、半導(dǎo)體刻蝕工藝

刻蝕是用化學(xué)或物理方法對(duì)襯底表面或表面覆蓋薄膜進(jìn)行選擇性腐蝕或剝離的過程，進(jìn)而形成光刻定義的電路圖形。

刻蝕的基本目標(biāo)是在涂膠的硅片上正確的復(fù)制掩模圖形，有圖形的光刻膠層在刻蝕中不受到腐蝕源顯著的侵蝕，這層掩蔽膜用來在刻蝕中保護(hù)硅片上的特殊區(qū)域而選擇性地刻蝕掉未被光刻膠保護(hù)的區(qū)域。

 

（一）不同的刻蝕工藝：干法刻蝕、濕法刻蝕

干法刻蝕主要利用反應(yīng)氣體與等離子體進(jìn)行刻蝕，利用等離子體與表面薄膜反應(yīng)，形成揮發(fā)性物質(zhì)，或者直接轟擊薄膜表面使之被腐蝕的工藝。干法刻蝕可以在某一特定方向上進(jìn)行切割，使得實(shí)現(xiàn)理想中納米（nm）級(jí)的超精細(xì)圖案輪廓。

濕法刻蝕工藝主要是將被刻蝕材料浸泡在腐蝕液內(nèi)進(jìn)行腐蝕，該刻蝕方法會(huì)導(dǎo)致材料的橫向縱向同時(shí)腐蝕，會(huì)導(dǎo)致一定的線寬損失。目前來看，干法刻蝕在半導(dǎo)體刻蝕中占據(jù)絕對(duì)主流地位，市場(chǎng)占比約90%。

簡(jiǎn)單來說，干法刻蝕就像用刀刻，“刀”可以是反應(yīng)氣體、等離子體等，因此可以精準(zhǔn)的刻蝕出圖案。濕法刻蝕就像用腐蝕性液體刻，不光能腐蝕光刻膠未覆蓋的區(qū)域，而且會(huì)橫向腐蝕光刻膠覆蓋下材料的側(cè)面，導(dǎo)致線寬損失，對(duì)刻蝕的精準(zhǔn)度也有影響，因此主流工藝還是用干法刻蝕。

 

（二）不同的刻蝕材料：介質(zhì)刻蝕、硅刻蝕、金屬刻蝕

金屬刻蝕主要是在金屬層上去除鋁、鎢或銅層，以在逐級(jí)疊加的芯片結(jié)構(gòu)中生成互聯(lián)導(dǎo)線圖形；硅刻蝕（包括多晶硅）應(yīng)用于需要去除硅的場(chǎng)合，如刻蝕多晶硅晶體管柵、硅槽電容；介質(zhì)刻蝕是用于介質(zhì)材料的刻蝕，如二氧化硅。銅互連發(fā)展使得金屬刻蝕萎縮，介質(zhì)刻蝕份額擴(kuò)大，2020年介質(zhì)刻蝕設(shè)備份額超40%。

 

（三）干法刻蝕的不同方式：化學(xué)反應(yīng)、物理去除、化學(xué)物理混合

1、物理性刻蝕，又稱離子束濺射刻蝕，原理是使帶能粒子在強(qiáng)電場(chǎng)下加速，這些帶能粒子通過濺射刻蝕作用去除未被保護(hù)的硅片表面材料。

2、化學(xué)性刻蝕，又稱等離子體刻蝕，純化學(xué)刻蝕作用中，通過等離子體產(chǎn)生的自由基和反應(yīng)原子與硅片表面的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)達(dá)到刻蝕的效果，可以得到較好的刻蝕選擇性和較高的刻蝕速率。

3、物理化學(xué)性刻蝕，即反應(yīng)離子刻蝕，利用離子能量來使被刻蝕層的表面形成容易刻蝕的損傷層和促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)，具有各向異性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，是超大規(guī)模集成電路工藝中很有發(fā)展前景的一種刻蝕方法。

 

（四）等離子刻蝕中的不同設(shè)備：ICP、CCP

目前等離子刻蝕是晶圓制造中使用的主要刻蝕方法，電容性等離子刻蝕（CCP）和電感性等離子刻蝕（ICP）是兩種常用的等離子刻蝕方法。

CCP 刻蝕的原理是將施加在極板上的射頻或直流電源通過電容耦合的方式在反應(yīng)腔內(nèi)形成等離子體，主要用于刻蝕氧化物、氮化物等硬度高、需要高能量離子反應(yīng)刻蝕的介質(zhì)材料。

ICP 刻蝕的原理是將射頻電源的能量經(jīng)由電感線圈，以磁場(chǎng)耦合的形式進(jìn)入反應(yīng)腔內(nèi)部，從而產(chǎn)生等離子體并用于刻蝕，主要用于刻蝕單晶硅、多晶硅等材料。

原子層刻蝕（ALE）能夠精確控制刻蝕深度，成為未來技術(shù)升級(jí)趨勢(shì)。原子層刻蝕（ALE）是指通過一系列的自限制反應(yīng)去除單個(gè)原子層，不會(huì)觸及和破壞底層以及周圍材料的先進(jìn)半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝。

二、半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備競(jìng)爭(zhēng)格局

（一）海外公司主導(dǎo)

半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備市場(chǎng)主要由美日廠商主導(dǎo)。半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備領(lǐng)域長(zhǎng)期由海外龍頭壟斷，根據(jù)中商情報(bào)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，全球刻蝕企業(yè)前三大分別是泛林半導(dǎo)體（Lam Research）、東京電子（TEL）、應(yīng)用材料（AMAT），全球市占率合計(jì) 91%，其中泛林半導(dǎo)體以45%的市場(chǎng)份額遙遙領(lǐng)先，東京電子和應(yīng)用材料則分別占據(jù) 28%和18%的市場(chǎng)份額。

 

（二）國(guó)內(nèi)公司

國(guó)產(chǎn)刻蝕設(shè)備自給率不足兩成，代表公司有中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐股份。制程上中微公司5nm介質(zhì)刻蝕設(shè)備已打入臺(tái)積電，較為領(lǐng)先；北方華創(chuàng)65-28nm硅刻蝕機(jī)和金屬刻蝕機(jī)都有涉獵。

 

（三）下游采購(gòu)

國(guó)內(nèi)的芯片大廠采購(gòu)主要以進(jìn)口為主，國(guó)產(chǎn)刻蝕設(shè)備中中標(biāo)量較高的亦是中微半導(dǎo)體、北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體三家。

 

三、相關(guān)標(biāo)的

1、中微公司

主要產(chǎn)品為用于 IC集成電路領(lǐng)域的等離子體刻蝕設(shè)備(CCP、ICP)、深硅刻蝕設(shè)備(TSV)、LED領(lǐng)域的MOCVD設(shè)備等。
 

2、北方華創(chuàng)

主營(yíng)半導(dǎo)體裝備、真空裝備、新能源鋰電裝備及精密元器件業(yè)務(wù)。

 

3、屹唐半導(dǎo)體

屹唐股份擁有傳統(tǒng)等離子體刻蝕設(shè)備 paradigmE 系列和新產(chǎn)品 Novyka 系列。