比肩國際大廠，刻蝕設(shè)備會是率先實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)替代的嗎？
電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）在半導(dǎo)體制造的各路工序中，尤其是前道工序中，技術(shù)難度最大的主要三大流程當(dāng)屬光刻、刻蝕和薄膜沉積了。這三大工藝的先進(jìn)程度直接決定了晶圓廠所能實(shí)現(xiàn)的最高工藝節(jié)點(diǎn)，所用產(chǎn)品的成熟程度也間接決定了產(chǎn)品的良率和吞吐量。 這每一道工序中，都有所需的對應(yīng)設(shè)備，比如光刻所需的EUV、DUV***，刻蝕所需的干法、濕法刻蝕機(jī)，以及化學(xué)、物理氣相沉積所需的CVD、PVD設(shè)備等等。***作為半導(dǎo)體制造的核心自然無需多言，我們就來聊聊重要性相當(dāng)?shù)目涛g設(shè)備。
Primo D-RIE CCP刻蝕設(shè)備 / 中微半導(dǎo)體 雖說中微公司進(jìn)入ICP刻蝕設(shè)備領(lǐng)域的時間不長，但依然憑借其技術(shù)優(yōu)勢收獲了多家客戶的驗(yàn)證，從其財(cái)報(bào)中可以看出，ICP刻蝕設(shè)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(diǎn)之一。 除此之外還有北方華創(chuàng)，據(jù)其最新財(cái)報(bào)可知，其面向 12 英寸邏輯、存儲、功率、先進(jìn)封裝等客戶，已完成數(shù)百道工藝的量產(chǎn)驗(yàn)證，ICP 刻蝕產(chǎn)品出貨累計(jì)超過 2000 腔；采用高密度、低損傷設(shè)計(jì)的 12 英寸等離子去膠機(jī)已在多家客戶完成工藝驗(yàn)證并量產(chǎn)。至于其金屬刻蝕設(shè)備則憑借穩(wěn)定的量產(chǎn)性能成為國內(nèi)主流客戶的優(yōu)選機(jī)臺，迭代升級的高深寬比 TSV 刻蝕設(shè)備，以其優(yōu)異的性能通過客戶端工藝驗(yàn)證，支持最新的Chiplet 工藝應(yīng)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(zhì)刻蝕機(jī)，實(shí)現(xiàn)了在硅刻蝕、金屬刻蝕、介質(zhì)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(zhì)刻蝕和 SiC、GaN 等化合物刻蝕設(shè)備系列，為各類半導(dǎo)體器件提供刻蝕工藝全面解決方案。可以看出，北方華創(chuàng)在ICP刻蝕領(lǐng)域優(yōu)勢顯著，目前已經(jīng)量產(chǎn)支持28nm及以上工藝的刻蝕設(shè)備。同時中微也已經(jīng)突破14nm技術(shù)，并進(jìn)入中芯國際 14nm 產(chǎn)線驗(yàn)證階段。
與光刻設(shè)備體量相當(dāng)?shù)目涛g設(shè)備
在半導(dǎo)體設(shè)備中，用于前道工序刻蝕的刻蝕機(jī)，目前的地位仍是可以與光刻系統(tǒng)比肩的?？涛g工藝通過刻蝕機(jī)，可以選擇性地移除沉積過程中添加的絕緣和導(dǎo)電材料，從而輔助形成芯片構(gòu)建。 根據(jù)所使用的物質(zhì)，刻蝕一般分為干法刻蝕和濕法刻蝕，比如以化學(xué)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(xì)的納米級圖案，所以目前干法刻蝕占據(jù)絕對的主導(dǎo)地位。 而干法刻蝕根據(jù)刻蝕反應(yīng)的不同，又分為物理去除的離子束濺射刻蝕，化學(xué)去除的等離子體刻蝕以及物理化學(xué)混合去除的反應(yīng)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(jīng)作為晶圓制造中的主要刻蝕方法。 對于5nm、3nm這些先進(jìn)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(jié)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(shè)備的國際巨頭
應(yīng)用材料作為老牌半導(dǎo)體設(shè)備廠商，在經(jīng)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(dǎo)體設(shè)備廠商，產(chǎn)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(jīng)與其建立了深度合作關(guān)系，中芯國際也是其主要客戶之一。其Centura刻蝕設(shè)備已有2000余臺投入了全球晶圓廠運(yùn)行，為客戶提供了高效率的硅、鋁和介電質(zhì)刻蝕解決方案。 雖說應(yīng)用材料在整個半導(dǎo)體設(shè)備市場的體量最為龐大，但單論刻蝕設(shè)備的話，仍是泛林半導(dǎo)體遙遙領(lǐng)先。目前泛林的5nm刻蝕設(shè)備已經(jīng)投入量產(chǎn)使用，3nm的刻蝕設(shè)備已經(jīng)交付給三星等廠商進(jìn)行驗(yàn)證。 且為了滿足當(dāng)下晶圓廠對3D結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(jié)構(gòu)為例，此類結(jié)構(gòu)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(chǎn)品做到了以埃米級的精度來去除材料，做到精細(xì)的表面處理，維持刻蝕中的物理與電界面特性。國產(chǎn)替代的艱辛路，刻蝕設(shè)備的崛起
在半導(dǎo)體設(shè)備市場中，即便我們將以光刻設(shè)備為主的ASML除去，應(yīng)用材料、泛林半導(dǎo)體、東京電子和科磊等廠商依舊占據(jù)著極高的市場份額，國產(chǎn)設(shè)備廠商沒有一家擠進(jìn)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(dǎo)體設(shè)備各道工序的細(xì)分，在某些工序比如刻蝕上，國內(nèi)已經(jīng)有了北方華創(chuàng)、中微半導(dǎo)體這樣的優(yōu)秀企業(yè)，推出了足以完成一定國產(chǎn)替代的產(chǎn)品。在國內(nèi)的核心集成電路設(shè)備市場中，刻蝕設(shè)備目前的國產(chǎn)化率是相對較高的，達(dá)到了20%左右。 國內(nèi)的半導(dǎo)體設(shè)備巨頭中微半導(dǎo)體專注于干法刻蝕中的等離子體刻蝕設(shè)備，開發(fā)了CCP單臺機(jī)和雙臺機(jī)、ICP單臺機(jī)和雙臺機(jī)，基本覆蓋了90%的刻蝕應(yīng)用，其CCP刻蝕設(shè)備更是已經(jīng)出貨2000臺以上。 據(jù)了解，中微公司的ICP和CCP Primo刻蝕機(jī)設(shè)備，在刻蝕效果上基本與泛林的DRIE系列刻蝕設(shè)備相當(dāng)了。與此同時，中微的介質(zhì)刻蝕設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入臺積電 7nm/5nm 產(chǎn)線，這也是唯一一家進(jìn)入臺積電產(chǎn)線的國產(chǎn)刻蝕設(shè)備生產(chǎn)商。寫在最后
可以看出，相較于光刻設(shè)備，國產(chǎn)刻蝕設(shè)備廠商已經(jīng)走在了國產(chǎn)化替代的前列，除了在國內(nèi)晶圓廠完成了一部分供應(yīng)外，也已經(jīng)開啟了設(shè)備出海的進(jìn)程。在廣泛使用的等離子體刻蝕設(shè)備上，中微的產(chǎn)品其實(shí)已經(jīng)有了與國際巨頭一比高下的實(shí)力。隨著進(jìn)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(chǎn)替代的任務(wù)。 但與此同時，對于技術(shù)研發(fā)的投入仍需加大力度，從泛林、北方華創(chuàng)的產(chǎn)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(shè)備廠商需要根據(jù)市場需求不斷推出對應(yīng)的特色產(chǎn)品來應(yīng)對，進(jìn)一步提高在國際市場的競爭力。而國內(nèi)這些廠商雖說研發(fā)占比已經(jīng)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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