3D NAND 对刻蚀设备价值量的拉动并非孤例,存储芯片3D化、逻辑芯片先进制程和特色工艺扩产共同构成了刻蚀设备需求的三重驱动。其中,3D NAND 使刻蚀设备在产线设备投资中的价值量占比从 2D NAND 时代的 15% 提升至 50%,成为拉动需求最显著的结构性力量。
存储芯片3D化:刻蚀设备价值量的倍增器
NAND 闪存从 2D 平面结构转向 3D 立体堆叠,是刻蚀设备需求爆发的核心引擎。官方数据显示,刻蚀设备在 2D NAND 产线中设备价值量占比为 15%,而在 3D NAND 产线中这一比例跃升至 50%,翻了 3 倍以上。与此同时,光刻设备的价值量占比则从 20% 下降至 8%,体现了 3D 结构对刻蚀工艺的依赖远超平面光刻。
堆叠层数的持续提升是价值量增长的关键。随着 3D NAND 从 64 层向更高层数演进,深高宽比孔槽的刻蚀难度和次数同步增加,对 CCP(电容性等离子体刻蚀)设备提出了极高离子能量下高深宽比结构的刻蚀能力要求。这类设备正是中微公司等国产厂商的传统优势领域,其面向 64 层及以上 3D 闪存芯片制造的 CCP 产品已实现量产。
逻辑芯片先进制程:刻蚀次数随节点推进成倍增加
逻辑芯片制程微缩同样在显著放大刻蚀需求。制程从 65nm 推进到 5nm,刻蚀次数从 20 次一路攀升至 160 次,其中 7nm 节点需要 140 次刻蚀,5nm 节点更是达到 160 次。这种倍增效应源于小制程下多重模板工艺的广泛采用——每一次光刻之后都需要对应的一次或多次刻蚀来转移图形。
在设备类型上,逻辑芯片前段工艺中的栅侧墙、硬掩膜刻蚀等环节主要采用 CCP 设备,而浅沟槽隔离、多晶硅栅、金属栅等环节则依赖 ICP(电感性等离子体刻蚀)设备。两类设备在不同工艺环节各司其职,共同受益于先进制程的推进。
特色工艺与功率器件:不可忽视的增量市场
除存储和逻辑两大主力外,功率器件、MEMS 等特色工艺的扩产也在为刻蚀设备贡献需求。这些领域虽不如先进制程引人注目,但对硅刻蚀、深硅槽刻蚀等工艺有持续且稳定的需求,是刻蚀设备厂商重要的基本盘。
从国产厂商的布局看,北方华创的产品线覆盖硅刻蚀、金属刻蚀和深硅槽刻蚀等多个方向,设备已进入多家国内晶圆厂并大规模应用;中微公司则在 CCP 介质刻蚀基础上切入 ICP 赛道,形成双线布局。不同下游领域对 ICP 和 CCP 的需求差异,也为两类设备厂商提供了差异化竞争的空间。
常见问题
为什么 3D NAND 对刻蚀设备的需求远高于 2D NAND?
3D NAND 通过堆叠存储层数来提升容量,堆叠层数越高,需要刻蚀的深高宽比孔槽就越深、越多。相比 2D 时代的平面结构,3D 结构大幅增加了刻蚀工序的数量和难度,因此刻蚀设备在产线投资中的价值量占比从 15% 提升至 50%。
逻辑芯片先进制程如何影响刻蚀设备需求?
制程越先进,多重模板工艺使用越频繁,刻蚀次数随之增加。从 65nm 的 20 次到 5nm 的 160 次,刻蚀工序数量翻了 8 倍,直接拉动了刻蚀设备的需求量和价值量。
ICP 和 CCP 刻蚀设备在应用上有何差异?
ICP 主要用于硅刻蚀,如浅沟槽隔离、多晶硅栅等对精确度要求高的底层电路结构;CCP 则用于氧化硅、氮化硅等硬度较高的介质材料刻蚀,如逻辑芯片的栅侧墙、接触孔以及 3D NAND 中的深斜孔槽。两类设备在不同下游领域各有侧重,共同构成刻蚀设备市场的完整版图。