在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的浩瀚星空中,一股新的技術(shù)浪潮正悄然興起。曾幾何時,光刻機(jī)作為芯片制造的“明星設(shè)備”,其地位無可撼動。然而,近期業(yè)內(nèi)流傳的兩則言論,卻將人們的目光引向了另一個同樣重要的領(lǐng)域——刻蝕設(shè)備。
其中一則言論出自英特爾高管之口,他大膽預(yù)測:“蝕刻技術(shù)將取代光刻成為芯片制造核心。”此言一出,立即在半導(dǎo)體市場激起了千層浪。盡管目前ASML的極紫外(EUV)光刻機(jī)仍是制造高端芯片的關(guān)鍵,但這位高管認(rèn)為,隨著新型晶體管設(shè)計如環(huán)繞柵極場效應(yīng)晶體管(GAAFET)和互補(bǔ)場效應(yīng)晶體管(CFET)的出現(xiàn),刻蝕技術(shù)在整體工藝中的重要性將顯著提升。
這些新型設(shè)計的核心在于三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性,這對精確刻蝕提出了更高要求。為了從各個方向“包裹”柵極或創(chuàng)建堆疊結(jié)構(gòu),芯片制造商需要更精細(xì)地去除晶圓上的多余材料。因此,未來的重點(diǎn)可能從單純依賴光刻機(jī)縮小特征尺寸,轉(zhuǎn)向更復(fù)雜、更關(guān)鍵的刻蝕工藝。
在全球晶圓制造領(lǐng)域,光刻、刻蝕和薄膜沉積技術(shù)被譽(yù)為半導(dǎo)體制造的“三駕馬車”。這三者價值量占比相當(dāng),共同支撐著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。如果將光刻機(jī)比作芯片電路中的“投影儀”,那么刻蝕機(jī)便是芯片結(jié)構(gòu)的“雕刻刀”,其重要性不言而喻。
刻蝕設(shè)備的重要性正從兩個維度清晰顯現(xiàn)。首先,隨著制程節(jié)點(diǎn)的縮小,刻蝕工藝的復(fù)雜性正呈指數(shù)級增長。在14nm以下芯片制造中,刻蝕機(jī)的作用愈發(fā)凸顯。即便光刻機(jī)技術(shù)再先進(jìn),也存在極限。目前EUV光刻機(jī)的波長限制在13.5nm,對于更小的尺寸,需要通過多重模版方法實(shí)現(xiàn),這一過程中刻蝕設(shè)備發(fā)揮了巨大作用。當(dāng)芯片制程來到0.5nm以下,即便是EUV光刻機(jī)也難以勝任。
其次,刻蝕設(shè)備的應(yīng)用貫穿半導(dǎo)體制造全流程,尤其在邏輯芯片、存儲芯片及先進(jìn)封裝中發(fā)揮關(guān)鍵作用。在3D NAND存儲芯片制造中,刻蝕工序占比已從2D NAND時代的約25%提升至如今的超過50%。這足以證明,隨著芯片從平面走向立體堆疊,“雕刻”工序的復(fù)雜度和重要性已不亞于“投影”工序。
在中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,刻蝕設(shè)備的分量同樣不可輕估。受限于部分設(shè)備性能,國內(nèi)先進(jìn)制程要實(shí)現(xiàn)更小尺寸,不得不依賴多重曝光技術(shù)。這一現(xiàn)實(shí)使得刻蝕技術(shù)及相關(guān)設(shè)備的需求與重要性持續(xù)攀升。目前,國內(nèi)已有北方華創(chuàng)和中微公司兩大半導(dǎo)體設(shè)備公司嶄露頭角。
北方華創(chuàng)作為半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域的平臺型企業(yè),其設(shè)備品類數(shù)量在國內(nèi)位居前列,覆蓋多個集成電路生產(chǎn)環(huán)節(jié)。而中微半導(dǎo)體則屬于專業(yè)型設(shè)備商,專注于刻蝕工藝環(huán)節(jié)。兩家公司各有側(cè)重,北方華創(chuàng)主營硅刻蝕設(shè)備,中微半導(dǎo)體則專攻介質(zhì)刻蝕設(shè)備。
在刻蝕設(shè)備市場,中微公司的看點(diǎn)相對較多。其在CCP、ICP設(shè)備領(lǐng)域均擁有強(qiáng)大實(shí)力,部分產(chǎn)品已進(jìn)入海外產(chǎn)線,批量應(yīng)用于5nm及以下先進(jìn)制程生產(chǎn)線。而北方華創(chuàng)的關(guān)注度則更高,其設(shè)備在成熟制程和先進(jìn)制程領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。

除了這兩家公司外,半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備市場還迎來了一位“后起之秀”——屹唐半導(dǎo)體。該公司前身為美國應(yīng)用材料公司旗下的半導(dǎo)體濕法設(shè)備業(yè)務(wù)部門,2015年通過國產(chǎn)化收購重組成立。目前,屹唐半導(dǎo)體已形成刻蝕、薄膜沉積、快速熱處理等三大類核心設(shè)備產(chǎn)品線,客戶覆蓋中芯國際及國內(nèi)兩大存儲芯片龍頭。
未來,芯片制造中將需要何種刻蝕技術(shù)?隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展,芯片關(guān)鍵尺寸不斷縮小,傳統(tǒng)干法刻蝕技術(shù)已難以滿足需求。而原子層刻蝕(ALE)作為一種高精度原子尺度微加工技術(shù),逐漸成為半導(dǎo)體制造中的關(guān)鍵技術(shù)之一。這一技術(shù)的特性與英特爾所提及的未來芯片制造趨勢高度契合。
ALE能夠?qū)⒖涛g精確到一個原子層(相當(dāng)于0.4nm),要求刻蝕過程均勻地、逐個原子層地進(jìn)行,并獲得極高的刻蝕選擇率。憑借精確的刻蝕控制、良好的均勻性、微小的負(fù)載效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn),ALE越來越受到重視。目前,國際廠商已先行布局,國內(nèi)頭部刻蝕設(shè)備公司也及時捕捉到這一趨勢。
在國產(chǎn)半導(dǎo)體市場中,對刻蝕設(shè)備的需求主要呈現(xiàn)“全鏈條覆蓋”與“尖端突破”兩大特征。既需要覆蓋成熟制程全流程的綜合型設(shè)備能力,又渴求突破5nm及以下先進(jìn)制程的尖端設(shè)備。北方華創(chuàng)和中微公司均在持續(xù)突破,以滿足國內(nèi)晶圓廠大規(guī)模擴(kuò)產(chǎn)和先進(jìn)制程演進(jìn)的需求。
當(dāng)光刻的“極限”逐漸顯現(xiàn),刻蝕設(shè)備正從芯片制造的“關(guān)鍵配角”走向舞臺中央。從英特爾高管的預(yù)言到新型結(jié)構(gòu)對刻蝕精度的要求,刻蝕設(shè)備賽道的熱度并非偶然,而是半導(dǎo)體制造邏輯演進(jìn)的必然結(jié)果。國內(nèi)市場已給出清晰答案:中微公司、北方華創(chuàng)和屹唐半導(dǎo)體等企業(yè)的競爭與協(xié)作,共同勾勒出國產(chǎn)刻蝕設(shè)備的“梯隊(duì)成長”格局。























