晶圆厂扩产周期中,ICP与CCP刻蚀设备的需求释放节奏并无绝对的先后之分,二者在产线建设的不同阶段各有侧重:ICP设备在产线搭建初期(硅栅、浅沟槽隔离等前段工艺)率先放量,而CCP设备则伴随介质层刻蚀(ILD/IMD、接触孔等)需求贯穿整个工艺调试与量产爬坡期,且由于逻辑芯片中介质层数远超硅层数,CCP在产线中的需求量天然多于ICP。就当前节点而言,国内晶圆厂正处于设备采购与工艺验证并行推进的阶段,两类设备均处于密集交付期。

刻蚀设备在扩产流程中的角色差异

晶圆厂扩产遵循“土建→洁净室→核心设备搬入→工艺调试→量产爬坡”的标准路径。刻蚀设备作为核心工艺设备,其搬入与验证时点与产线建设进度强相关:

  • ICP(电感性等离子体刻蚀):主要应用于浅沟槽隔离、多晶硅栅、金属栅、应变硅等前段工艺。这类工艺在设备搬入后即需进行首轮验证,因此ICP设备的需求在产线设备搬入阶段即开始释放。
  • CCP(电容性等离子体刻蚀):主要用于逻辑IC前段工艺中的栅侧墙、硬掩膜刻蚀和封装环节的接触孔、铝垫刻蚀,以及NAND中的深斜孔槽等。介质材料(氧化硅、氮化硅)硬度高,需要高离子能量刻蚀,因此CCP设备多用于后段及多层互连结构,需求贯穿工艺调试全程。

需求量的结构性差异

在逻辑芯片制造中,ILD(层间介质)和IMD(金属间介质)等介质层的沉积与刻蚀次数远超硅层,这直接决定了产线中CCP设备的需求数量多于ICP。从工艺占比看,硅刻蚀(ICP为主)与介质刻蚀(CCP为主)的应用占比接近,但考虑到介质层在多层互连结构中的重复性,CCP的单线需求量在先进制程下持续增加。

此外,随着制程向小尺寸演进,多重模板工艺使刻蚀次数显著增加——从65nm节点的20次逐步提升至5nm节点的160次(数据来源:东方证券研究所),其中介质刻蚀占比的提升尤为明显。在3D NAND结构中,刻蚀设备价值量占比从2D NAND的15%大幅提升至50%(数据来源:SEMI、东方证券研究所),且3D结构对高深宽比刻蚀的需求主要由CCP承担。

维度ICP刻蚀设备CCP刻蚀设备
主要应用硅刻蚀(浅沟槽隔离、多晶硅栅、金属栅)介质刻蚀(接触孔、通孔、侧墙、硬掩膜)
需求释放节点设备搬入后前段工艺验证阶段贯穿工艺调试与量产爬坡,后段需求持续
单线需求量相对较少因介质层数多,单线需求量大

当前周期位置判断

从国内晶圆厂的资本开支节奏看,当前正处于设备采购的密集执行期。一方面,已开工产线陆续进入核心设备搬入与工艺验证阶段,ICP设备作为前段关键机台率先进入验收流程;另一方面,随着产线向量产爬坡推进,CCP设备的需求将逐步释放并成为持续采购的主力。

国产设备厂商方面,中微公司以CCP见长,制程覆盖65nm至5nm,已进入台积电7nm和5nm产线;北方华创深耕ICP(硅刻蚀、金属刻蚀),核心设备制程达28nm,14nm工艺处于验证阶段。两家厂商在各自优势领域与泛林半导体、东京电子、应用材料等国际巨头形成差异化竞争,国产替代进程在刻蚀领域处于半导体设备各环节的前列。

常见问题

ICP和CCP设备能否互相替代?

不能。ICP与CCP的根本差异在于刻蚀对象不同:ICP适用于硅材料刻蚀,对精确度要求高;CCP适用于氧化硅、氮化硅等硬度高的介质材料,需要高离子能量。两类设备分别对应不同的工艺步骤,在产线中互为补充而非替代关系。

为什么逻辑芯片产线中CCP设备需求量更大?

逻辑芯片制造涉及大量介质层(ILD/IMD)的沉积与刻蚀,层间介质、金属间介质的接触孔和通孔制作均需CCP设备完成。随着制程微缩,多层互连结构增加,介质刻蚀步骤的占比持续提升,因此CCP设备的单线配置数量多于ICP。

国产刻蚀设备目前处于什么水平?

中微公司的CCP设备制程覆盖65nm至5nm,已进入台积电7nm和5nm产线,是唯一进入台积电供应链的国产刻蚀设备厂商;北方华创的ICP设备核心制程达28nm,14nm工艺处于验证阶段。在大陆市场,中微公司份额约20%,北方华创约6%(数据来源:SEMI),与国际巨头相比仍有较大提升空间。