半导体刻蚀设备从湿法到干法、再从CCP与ICP技术明确分化,经历了多个关键拐点。最核心的里程碑包括:湿法刻蚀被干法等离子体刻蚀取代、CCP与ICP针对不同材料(介质刻蚀 vs 硅刻蚀)形成技术路线分化,以及FinFET和3D NAND等先进架构对刻蚀精度和深宽比提出更高要求,最终导致2020年ICP与CCP的市场规模出现显著差异。

从湿法到干法:技术路线的第一次拐点

早期半导体刻蚀以湿法刻蚀为主,利用溶液与材料发生化学反应实现去除。湿法刻蚀工艺简单、成本低,但溶液反应没有方向性,容易钻蚀侧面导致制程失真。随着制程不断缩小,这一缺陷愈发明显,干法等离子体刻蚀逐渐成为主流

干法刻蚀利用等离子体放电产生的活性粒子,在电压加速下轰击硅片表面并与材料反应生成可挥发气体,从而精确加工微观结构。目前干法刻蚀在刻蚀设备市场中占据主导地位,湿法刻蚀占比仅约10%。

CCP与ICP的技术分化:第二个关键拐点

在等离子体刻蚀内部,CCP(电容性等离子体刻蚀)与ICP(电感性等离子体刻蚀)针对不同刻蚀材料形成了明确的技术分化。硅刻蚀(ICP)主要用于底层电路结构雕刻,对精确度要求高;介质刻蚀(CCP)则针对氧化硅、氮化硅等高硬度材料,需要高离子能量。

从应用占比看,硅刻蚀(ICP)约占43%,介质刻蚀(CCP)约占42%,两者规模接近。但由于ICP单机价值更高,其市场规模明显高于CCP。2020年全球刻蚀设备市场规模约138亿美元,其中ICP与CCP的市场规模差异已成为行业格局的重要特征。

FinFET与3D NAND:推动刻蚀路线分化的决定性因素

随着芯片制程升级和结构3D化,刻蚀设备的需求量和价值量持续提升。例如从65nm到5nm,刻蚀次数从20次增加到160次。3D NAND的层数增加,使刻蚀设备在晶圆厂设备投资中的占比从2D时代的15%跃升至50%

FinFET等先进逻辑架构要求更精细的硅刻蚀(ICP),而3D NAND的高深宽比孔槽刻蚀则依赖高离子能量的CCP设备。这些技术趋势进一步强化了ICP与CCP的分化,也推动了中微公司、北方华创等国产厂商在各自优势领域的深耕。

常见问题

为什么ICP的市场规模高于CCP?

虽然ICP和CCP的应用占比接近(分别为43%和42%),但ICP单机价值更高,因此在2020年市场规模上明显高于CCP。

国产刻蚀设备厂商在ICP和CCP领域的主要代表是谁?

中微公司的传统优势在CCP领域,产品覆盖65nm到5nm工艺;北方华创则专注于ICP(硅刻蚀)和金属刻蚀,核心设备制程达到28nm,14nm工艺处于验证阶段。

FinFET和3D NAND如何影响刻蚀设备的技术选择?

FinFET等逻辑芯片需要高精度的硅刻蚀(ICP),而3D NAND的高深宽比孔槽刻蚀依赖CCP设备的高离子能量。两种技术路线对刻蚀要求不同,直接推动了ICP与CCP的分化发展。

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