半导体设备行业从湿法刻蚀走向CCP深孔槽工艺,其关键拐点体现在两条主线上:一是技术路线从湿法向干法(等离子体刻蚀)的切换,二是存储芯片从2D向3D NAND的结构升级。前者确立了CCP与ICP在介质和硅材料刻蚀中的分工,后者则将刻蚀设备在NAND产线中的价值量占比从15%推升至50%,让CCP深孔槽刻蚀成为存储制造的核心环节。
从湿法到干法:刻蚀技术路线的第一次拐点
行业发展早期以湿法刻蚀为主流,其优点是工艺简单、成本低、产能高,但溶液反应没有方向性,刻蚀时会钻蚀侧面,导致制程失真,且随制程缩小影响愈发明显,因此逐渐被干法刻蚀取代。干法刻蚀即等离子体刻蚀,利用等离子体放电产生的活性粒子轰击硅片表面并反应生成可挥发气体,从而加工出微观结构。
在干法刻蚀内部,CCP(电容性等离子体刻蚀)与ICP(电感性等离子体刻蚀)分工明确:介质材料(氧化硅、氮化硅)硬度高,需要高离子能量刻蚀,一般使用CCP;硅材料刻蚀对精确度要求高,一般使用ICP。以国产设备厂商为例,中微公司的核心产品是CCP,北方华创则专注ICP,两者早期竞争并不激烈。
3D NAND浪潮:CCP深孔槽工艺的关键拐点
芯片向3D结构发展后叠堆层数增加,对刻蚀设备的数量和质量都提出更高要求。从2D NAND到3D NAND,刻蚀设备的价值量占比从15%跃升至50%,而光刻设备占比从20%降至8%,刻蚀取代光刻成为存储芯片制造中价值量最高的设备环节。CCP设备凭借高离子能量下对高深宽比结构的刻蚀能力,在NAND深斜孔槽工艺中承担核心角色。
中微公司自2004年成立起着力开发CCP设备,先后发布三代CCP产品,制程工艺从65nm一路提升至5nm,覆盖约七成介质刻蚀应用。其中面向3D NAND的CCP设备(如Primo SSC HD-RIE)专门优化了刻蚀反应气体气流分布与下电极设计,以实现更高深宽比孔槽的刻蚀要求,应用于64层及以上3D闪存芯片制造。
常见问题
CCP和ICP刻蚀设备有什么区别?
两者最根本的差异在于刻蚀对象不同。CCP适用于氧化硅、氮化硅等高硬度介质材料的刻蚀,用于制作接触孔、通孔及NAND深斜孔槽;ICP适用于硅材料刻蚀,用于浅沟槽隔离、多晶硅栅等底层电路结构。应用占比上,硅刻蚀(ICP)约43%,介质刻蚀(CCP)约42%。
为什么3D NAND会大幅提升刻蚀设备的价值量?
3D NAND通过增加叠堆层数来提升存储密度,需要在更深的孔槽中完成刻蚀,对刻蚀设备的数量和质量要求显著提高。刻蚀设备在NAND产线设备中的价值量占比从2D时代的15%提升至3D时代的50%,成为存储芯片制造的核心环节。
国产CCP刻蚀设备目前处于什么水平?
中微公司是国产CCP刻蚀设备的主力厂商,其CCP设备制程工艺从65nm一路提升至5nm,已进入台积电7nm和5nm产线,是进入台积电供应链的国产刻蚀设备厂商。在介质刻蚀领域,其CCP产品已实现量产;在逻辑芯片用大马士革刻蚀和3D存储芯片用高深宽比刻蚀方面,相关产品开发也在推进中。