从3D NAND到先进逻辑芯片,双反应台半导体设备的下游需求结构正经历显著演化。在存储领域,3D NAND堆叠层数增加直接拉动了高深宽比刻蚀的设备需求;在逻辑芯片领域,先进制程(如7nm/5nm及以下)对刻蚀精度和步骤数量提出更高要求;同时,功率半导体等特色工艺也为双反应台设备提供了差异化场景。 以中微公司独创的双反应台技术为代表,这类设备通过在一个真空腔中同时刻蚀两片晶圆,在保证结果均匀一致的同时为客户节省约35%的原材料,正成为各下游领域降本增效的共同选择。

3D NAND堆叠:刻蚀步骤与设备产能的双重拉动

3D NAND通过增加堆叠层数来提升存储密度,这一结构变化对刻蚀设备的需求拉动十分直接。从设备价值量占比看,刻蚀设备在2D NAND产线中约占15%,而在3D NAND产线中提升至50%,是占比提升最显著的环节。

堆叠层数的增加意味着需要刻蚀更深、更窄的孔槽结构,这对设备的深宽比刻蚀能力提出极高要求。以中微公司的产品演进为例,其Primo SSC AD-RIE支持16纳米以下2D闪存芯片制造,而后续推出的Primo SSC HD-RIE则专门针对64层及以上的3D闪存芯片制造,通过超高脉冲射频功率实现更高深宽比孔槽的刻蚀。双反应台设计在这一场景中优势明显——高深宽比刻蚀耗时较长,单腔双片并行加工能有效提升单位时间产能,降低每片晶圆的设备摊销成本。

先进逻辑制程:高精度刻蚀与多重模板工艺

先进逻辑芯片的制程微缩同样在重塑刻蚀设备的需求结构。随着工艺节点从65nm推进到5nm,刻蚀次数从20次增加到160次,多重模板工艺的普及使刻蚀环节的价值量持续提升。

在这一领域,双反应台设备的需求逻辑与存储不同:逻辑制程更强调刻蚀的精确度和均匀性。中微公司的CCP产品线覆盖了从65nm到目前最先进的5nm制程,其中应用于7nm以下的Primo AD-RIE-e型号改进了静电吸盘,实现四分区单独温控和动态调温功能,以满足先进制程对刻蚀均匀性的严苛要求。双反应台技术虽然在同一腔体中处理两片晶圆,但通过精确的温控和气流分布设计,保证了结果的均匀与一致——这正是其能进入台积电7nm和5nm产线供应链的关键。此外,面向更前沿的GAA等结构,ICP设备也在积极研发中,主要面向5nm逻辑芯片等领先工艺需求。

功率半导体与特色工艺:差异化场景需求

除存储和先进逻辑外,功率器件与特色工艺构成了双反应台设备的第三类需求场景。这类应用虽然制程节点相对成熟,但对刻蚀设备的稳定性、生产效率和成本控制有独特要求。

双反应台设备在成熟制程中的吸引力主要体现在单位面积产能与成本效率上。以中微公司早期推出的Primo D-RIE为例,其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,每个反应腔可同时加工两片晶圆,凭借较高的成本效率和卓越的芯片加工性能获得客户认可。对于功率半导体这类对成本敏感的领域,双反应台带来的原材料节省(约35%)和产能提升,使其成为颇具吸引力的选择。北方华创的ICP设备同样覆盖了硅刻蚀、金属刻蚀和深硅槽刻蚀等多种应用,在功率器件、化合物半导体等特色工艺领域均有布局。

常见问题

双反应台技术相比单反应台的主要优势是什么?

双反应台技术允许在一个真空腔中同时刻蚀两块晶圆,核心优势在于成本效率:在保证刻蚀结果均匀和一致的前提下,可为客户节省约35%的原材料。这一特性在存储芯片的高深宽比刻蚀和功率半导体的成本敏感型生产中尤为有价值。

3D NAND和逻辑芯片对刻蚀设备的需求有何不同?

3D NAND的核心诉求是高深宽比孔槽的刻蚀能力,堆叠层数增加直接推动刻蚀设备价值量占比从2D时代的15%提升至50%;逻辑芯片则更侧重刻蚀精度和步骤数量,从65nm到5nm制程,刻蚀次数从20次增至160次。前者考验设备的功率和气流控制,后者考验温控精度和均匀性。

国产双反应台设备目前的制程覆盖水平如何?

以中微公司为例,其CCP产品已覆盖65nm至5nm制程,其中7nm和5nm工艺已实现量产并进入台积电供应链;ICP产品制程达到28nm,并正在研发面向5nm逻辑芯片和1Xnm内存芯片的下一代产品。北方华创的ICP核心设备制程同样达到28nm,14nm工艺处于验证阶段。