从湿法刻蚀到干法刻蚀,再到ICP(电感性等离子体刻蚀)与CCP(电容性等离子体刻蚀)的分工格局,半导体刻蚀技术的演进本质上是围绕“材料硬度”与“精度要求”两条线索展开的。行业早期以湿法刻蚀为主,但因溶液反应无方向性、易钻蚀侧面导致制程失真,随着线宽缩小逐渐被等离子体干法刻蚀取代。此后,针对不同被刻蚀材料的物理特性,ICP与CCP各自找到了主导阵地:硅刻蚀追求高精度,由ICP承担;氧化硅、氮化硅等硬度高的介质材料需要高离子能量,由CCP承担——这一分工延续至今,也塑造了北方华创(ICP)与中微公司(CCP)两家国产设备龙头的差异化路线。

从湿法到干法:等离子体刻蚀的登场

在晶圆制造流程中,刻蚀在光刻之后进行,目标是将电路图形从光刻胶转移到硅片表面的薄膜上。行业发展早期,湿法刻蚀是主流,它利用溶液与材料发生化学反应实现去除,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,导致产品制程失真,且制程越缩小影响越明显。因此,干法刻蚀逐渐取而代之,主导技术为等离子体刻蚀——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,生成可挥发气体后被真空腔抽离。

分道扬镳:ICP与CCP的工作原理分野

等离子体刻蚀设备内部也存在显著差异,核心分野在于刻蚀对象不同。晶圆制造中需刻蚀的材料分为硅材料、介质材料和金属材料三大类,由此发展出三种工艺。硅刻蚀直接雕刻底层电路结构,决定芯片制程,对精确度要求极高,一般使用ICP;而氧化硅、氮化硅等介质材料硬度很高,需要高离子能量刻蚀,一般使用CCP。从应用占比看,硅刻蚀(ICP)与介质刻蚀(CCP)是最主要的两类,占比分别约为43%和42%。

设备类型适用工艺面临挑战
CCP(电容性等离子体刻蚀)逻辑IC前段栅侧墙、硬掩膜刻蚀,封装环节接触孔、铝垫刻蚀,NAND深斜孔槽极高离子能量下对高深宽比结构的刻蚀能力、新型刻蚀气体研发
ICP(电感性等离子体刻蚀)浅沟槽隔离、多晶硅栅、金属栅、应变硅、金属导线等刻蚀后关键尺寸均匀度、刻蚀条件精确调控、等离子体引起的损伤

分工格局的固化与国产双雄的路线选择

这一技术分工直接映射到产业格局。中微公司自成立起着力开发CCP设备,制程从65nm一路提升至5nm,覆盖约七成介质刻蚀应用,并独创双反应台技术;北方华创则深耕ICP硅刻蚀与金属刻蚀,核心设备制程达28nm,14nm工艺进入验证阶段。值得注意的是,中微公司近年已切入ICP赛道,未来将与北方华创正面竞争。在更前沿的原子层刻蚀(ALE)方向上,该技术可实现精准刻蚀,是未来发展方向,但目前仍处于应用初期,尚无法取代等离子体刻蚀。

常见问题

ICP和CCP的核心区别是什么?

两者最根本的差异在于刻蚀对象不同。ICP(电感性等离子体刻蚀)主要用于硅刻蚀,直接雕刻底层电路结构,对精确度要求高;CCP(电容性等离子体刻蚀)用于氧化硅、氮化硅等硬度高的介质材料刻蚀,需要高离子能量。硅刻蚀与介质刻蚀的应用占比分别约为43%和42%。

为什么介质刻蚀(CCP)能胜任高深宽比结构?

氧化硅、氮化硅等介质材料硬度很高,需要高离子能量来进行刻蚀,这正是CCP设备的工作特性所在。在3D NAND等存储芯片向多层结构发展的趋势下,高深宽比孔、槽的刻蚀需求持续增加,CCP设备在这一领域面临的核心挑战正是极高离子能量下对高深宽比结构的刻蚀能力。

国产刻蚀设备厂商如何布局ICP与CCP?

中微公司的传统优势在CCP领域,制程覆盖65nm至5nm,并已切入ICP赛道;北方华创则专注于ICP硅刻蚀和金属刻蚀,核心设备制程达28nm。两家公司在大陆刻蚀设备市场的份额分别约为20%和6%,是国产替代进程中的主力厂商。