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電子發(fā)燒友網報道（文/周凱揚）在半導體制造的各路工序中，尤其是前道工序中，技術難度最大的主要三大流程當屬光刻、刻蝕和薄膜沉積了。這三大工藝的先進程度直接決定了晶圓廠所能實現(xiàn)的最高工藝節(jié)點，所用產品的成熟程度也間接決定了產品的良率和吞吐量。這每一道工序中，都有所需的對應設備，比如光刻所需的EUV、DUV***，刻蝕所需的干法、濕法刻蝕機，以及化學、物理氣相沉積所需的CVD、PVD設備等等。***作為半導體制造的核心自然無需多言，我們就來聊聊重要性相當?shù)目涛g設備。

與光刻設備體量相當?shù)目涛g設備

在半導體設備中，用于前道工序刻蝕的刻蝕機，目前的地位仍是可以與光刻系統(tǒng)比肩的。刻蝕工藝通過刻蝕機，可以選擇性地移除沉積過程中添加的絕緣和導電材料，從而輔助形成芯片構建。根據所使用的物質，刻蝕一般分為干法刻蝕和濕法刻蝕，比如以化學溶液來去除氧化膜的濕法刻蝕，這種方法雖然成本低、速度快，但由于其各向同性的特性，會造成線寬損失，往往不能處理更為精細的納米級圖案，所以目前干法刻蝕占據絕對的主導地位。而干法刻蝕根據刻蝕反應的不同，又分為物理去除的離子束濺射刻蝕，化學去除的等離子體刻蝕以及物理化學混合去除的反應離子刻蝕。其中等離子刻蝕由于較好的刻蝕效率和選擇性，已經作為晶圓制造中的主要刻蝕方法。對于5nm、3nm這些先進工藝而言，由于精度更高，提升了刻蝕的難度也增加了刻蝕的步驟。雖然EUV***一定程度減少了所需刻蝕的次數(shù)，但歸根結底，隨著工藝的提升，需要多次刻蝕和沉積才能滿足更高工藝的晶圓制造。

刻蝕設備的國際巨頭

應用材料作為老牌半導體設備廠商，在經歷了多年的發(fā)展與并購后，已然成了規(guī)模最大的全球半導體設備廠商，產品品類覆蓋了晶圓前道加工和后道封測的大部分環(huán)節(jié)，不管是臺積電、英特爾還是三星，都已經與其建立了深度合作關系，中芯國際也是其主要客戶之一。其Centura刻蝕設備已有2000余臺投入了全球晶圓廠運行，為客戶提供了高效率的硅、鋁和介電質刻蝕解決方案。雖說應用材料在整個半導體設備市場的體量最為龐大，但單論刻蝕設備的話，仍是泛林半導體遙遙領先。目前泛林的5nm刻蝕設備已經投入量產使用，3nm的刻蝕設備已經交付給三星等廠商進行驗證。且為了滿足當下晶圓廠對3D結構的追求，無論是邏輯還是存儲芯片，泛林也在去年推出了他們的選擇性刻蝕產品系列，包括Argos、Prevos和Selis三大新品。用于在不改性或損壞相鄰材料的情況下，從晶圓表面各向同性地去除材料。這樣的說法或許難以理解，那我們以GAA這樣的堆疊晶體管結構為例，此類結構由于擁有較高的深寬比，所以要做到在所有方向上一致地去除SiGe材料而不造成芯片損傷或缺陷變得十分困難。而泛林的選擇性刻蝕產品做到了以埃米級的精度來去除材料，做到精細的表面處理，維持刻蝕中的物理與電界面特性。

國產替代的艱辛路，刻蝕設備的崛起

在半導體設備市場中，即便我們將以光刻設備為主的ASML除去，應用材料、泛林半導體、東京電子和科磊等廠商依舊占據著極高的市場份額，國產設備廠商沒有一家擠進前十。這樣一個極高集中度的市場，中國廠商要想從中突圍的難度可想而知。然而，由于半導體設備各道工序的細分，在某些工序比如刻蝕上，國內已經有了北方華創(chuàng)、中微半導體這樣的優(yōu)秀企業(yè)，推出了足以完成一定國產替代的產品。在國內的核心集成電路設備市場中，刻蝕設備目前的國產化率是相對較高的，達到了20%左右。國內的半導體設備巨頭中微半導體專注于干法刻蝕中的等離子體刻蝕設備，開發(fā)了CCP單臺機和雙臺機、ICP單臺機和雙臺機，基本覆蓋了90%的刻蝕應用，其CCP刻蝕設備更是已經出貨2000臺以上。據了解，中微公司的ICP和CCP Primo刻蝕機設備，在刻蝕效果上基本與泛林的DRIE系列刻蝕設備相當了。與此同時，中微的介質刻蝕設備已經進入臺積電 7nm/5nm 產線，這也是唯一一家進入臺積電產線的國產刻蝕設備生產商。

Primo D-RIE CCP刻蝕設備 / 中微半導體雖說中微公司進入ICP刻蝕設備領域的時間不長，但依然憑借其技術優(yōu)勢收獲了多家客戶的驗證，從其財報中可以看出，ICP刻蝕設備的交付腔數(shù)正在逐年增長，也成了其業(yè)績的主要增長點之一。除此之外還有北方華創(chuàng)，據其最新財報可知，其面向 12 英寸邏輯、存儲、功率、先進封裝等客戶，已完成數(shù)百道工藝的量產驗證，ICP 刻蝕產品出貨累計超過 2000 腔；采用高密度、低損傷設計的 12 英寸等離子去膠機已在多家客戶完成工藝驗證并量產。至于其金屬刻蝕設備則憑借穩(wěn)定的量產性能成為國內主流客戶的優(yōu)選機臺，迭代升級的高深寬比 TSV 刻蝕設備，以其優(yōu)異的性能通過客戶端工藝驗證，支持最新的Chiplet 工藝應用。針對一些特定的需求，北方華創(chuàng)還發(fā)布了雙頻耦合 CCP 介質刻蝕機，實現(xiàn)了在硅刻蝕、金屬刻蝕、介質刻蝕工藝的全覆蓋，以及面向 6/8 英寸兼容的多晶硅刻蝕、金屬刻蝕、介質刻蝕和 SiC、GaN 等化合物刻蝕設備系列，為各類半導體器件提供刻蝕工藝全面解決方案?？梢钥闯?，北方華創(chuàng)在ICP刻蝕領域優(yōu)勢顯著，目前已經量產支持28nm及以上工藝的刻蝕設備。同時中微也已經突破14nm技術，并進入中芯國際 14nm 產線驗證階段。

寫在最后

可以看出，相較于光刻設備，國產刻蝕設備廠商已經走在了國產化替代的前列，除了在國內晶圓廠完成了一部分供應外，也已經開啟了設備出海的進程。在廣泛使用的等離子體刻蝕設備上，中微的產品其實已經有了與國際巨頭一比高下的實力。隨著進一步的開發(fā)投入，以及未來可能的并購等商業(yè)路線，很有可能率先完成國產替代的任務。但與此同時，對于技術研發(fā)的投入仍需加大力度，從泛林、北方華創(chuàng)的產品規(guī)劃就可以看出，隨著一些特色晶圓工藝的占比逐漸提高，刻蝕設備廠商需要根據市場需求不斷推出對應的特色產品來應對，進一步提高在國際市場的競爭力。而國內這些廠商雖說研發(fā)占比已經超過國際巨頭，但在整體的研發(fā)投入規(guī)模上，仍有一定差距。

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