半导体设备从湿法到干法再到双反应台,中微公司如何推动刻蚀技术迭代?刻蚀设备经历了从湿法主导到干法等离子体刻蚀(ICP/CCP)成为主流的演进,中微公司以Primo D-RIE双反应台设备为起点,将CCP介质刻蚀制程从65nm一路推进至5nm,覆盖约七成介质刻蚀应用,是国产半导体设备从跟随到并跑的关键技术拐点。 在行业发展早期,湿法刻蚀曾是主流,但由于溶液反应没有方向性、易钻蚀侧面导致制程失真,随着制程缩小逐渐被干法刻蚀取代。如今干法刻蚀中的ICP与CCP是两大主要技术路线,中微公司的核心优势集中在CCP领域。
从湿法到干法:刻蚀技术的必然转向
湿法刻蚀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,但致命缺陷在于反应无方向性,会钻蚀侧面导致制程失真,且制程越缩小影响越明显。因此,行业逐渐转向干法刻蚀中的等离子体刻蚀技术——通过等离子体放电产生活性粒子,在电压加速下轰击硅片表面并与被刻蚀材料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,又分为电感性等离子体刻蚀(ICP)和电容性等离子体刻蚀(CCP)两大路线。两者的根本差异在于刻蚀对象不同:硅刻蚀对精确度要求极高,一般使用ICP;而氧化硅、氮化硅等介质材料硬度高,需要高离子能量刻蚀,通常使用CCP。中微公司的传统产品正是CCP设备。
双反应台:中微公司的技术创新拐点
中微公司自成立起着力开发CCP等离子体刻蚀设备,其关键创新在于独创的双反应台技术——可以同时在一个真空腔中刻蚀两块晶圆,在保证结果均匀和一致的同时,还能为客户节省约35%的原材料。
2007年推出的Primo D-RIE是中微公司双反应台技术的起点。该设备采用双反应台多反应腔主机系统,可灵活装置多达三个双反应台反应腔,每个反应腔都能在单晶圆反应环境下同时加工两片晶圆,适用于65-16纳米集成电路制造。此后中微公司陆续推出Primo AD-RIE(45-7纳米逻辑芯片)、Primo SSC AD-RIE(16纳米以下2D闪存)等迭代产品,制程工艺从65nm一路提升至5nm,覆盖约七成介质刻蚀应用。在制程升级与芯片3D结构发展的驱动下,刻蚀环节的价值量持续提升——以刻蚀次数为例,65nm节点需约20次刻蚀,到5nm节点已增至约160次。
常见问题
中微公司的CCP设备达到了什么制程水平?
中微公司CCP设备制程工艺从65nm一路提升至目前最先进的5nm,覆盖约七成介质刻蚀应用。部分产品效果已追平国际龙头拉姆研究,并成功进入台积电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。
双反应台技术解决了什么问题?
双反应台技术让设备能在一个真空腔中同时刻蚀两块晶圆,在保证结果均匀一致的同时,为客户节省约35%的原材料。这一设计兼顾了成本效率与芯片加工性能,是中微公司获得客户认可并投入量产线的重要因素。
中微公司的ICP设备进展如何?
中微公司从2012年开始研发ICP设备,单台机经过产线验证后,从2020年起获得客户重复订单。制程上,中微公司的ICP设备已达到28nm,并正在研发用于5nm逻辑芯片及1Xnm内存芯片等领先工艺的下一代产品。