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半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備國產(chǎn)化

作為半導(dǎo)體制造工藝的核心設(shè)備之一,刻蝕設(shè)備也是掌握半導(dǎo)體市場命脈的關(guān)鍵點。然而,根據(jù)Gartner數(shù)據(jù)顯示,刻蝕設(shè)備由Lam Research、TEL、AMAT三大巨頭把控,合計全球市場占有率高達91%。國內(nèi)刻蝕設(shè)備雖然占比甚微,但好在有所依托。當(dāng)前,中國刻蝕設(shè)備國產(chǎn)化重任由中微公司、北方華創(chuàng)、屹唐半導(dǎo)體共同擔(dān)起,根據(jù)三方數(shù)據(jù),2020年國內(nèi)刻蝕龍頭中微公司、北方華創(chuàng)的刻蝕業(yè)務(wù)都取得了較高收入增長。


刻蝕原理及分類


刻蝕是用化學(xué)、物理或兩者結(jié)合的方法有選擇地去除沒有被抗蝕劑掩蔽的薄膜層,從而將圖形從光刻膠轉(zhuǎn)移到待刻蝕的薄膜上。按照工藝劃分,刻蝕分為濕法刻蝕和干法刻蝕,由于濕法刻蝕在小尺寸及復(fù)雜結(jié)構(gòu)應(yīng)用中的局限性,當(dāng)前市場應(yīng)用以干法刻蝕為主,市占率高達90%以上。


濕法刻蝕是用液體化學(xué)劑去除襯底表面的材料,各向異性差,隨著器件特征尺寸縮小、結(jié)構(gòu)愈加復(fù)雜,刻蝕精度難以保證。目前,濕法刻蝕主要用于清洗干法刻蝕殘留物。干法刻蝕則是利用等離子體實現(xiàn)化學(xué)或物理反應(yīng)來實現(xiàn)刻蝕。


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按照刻蝕材料劃分,刻蝕可分為介質(zhì)刻蝕、硅刻蝕和金屬刻蝕。其中,介質(zhì)刻蝕、硅刻蝕廣泛應(yīng)用于邏輯、存儲器件等芯片制造中,市場占有率超90%。


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市場中的刻蝕設(shè)備


電容性等離子體刻蝕CCP:將施加在極板上的射頻或直流電源通過電容耦合的方式在反應(yīng)腔內(nèi)形成等離子。能量高、精度低,主要用于介質(zhì)材料刻蝕。


電感性等離子體刻蝕ICP:將射頻電源的能量經(jīng)由電感線圈,以磁場耦合的形式進入反應(yīng)腔內(nèi)部,從而產(chǎn)生等離子體并用于刻蝕。能量低、精度高,主要用于硅刻蝕和金屬刻蝕。



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電子回旋共振刻蝕ECR:使用帶電粒子在磁場中回旋轉(zhuǎn)動獲得能量,繼而電子碰撞增加產(chǎn)生高密度的等離子體。


變壓器耦合等離子體源TCP:TCP原理與ICP相似,區(qū)別是ICP為立體式電感線圈,而TCP為平面式。


ALE原子層刻蝕:通過一系列自限制反應(yīng)去除單個原子層,將刻蝕精度精確到一個原子層,即0.4nm,具有超高選擇率和均勻性,且微負載效應(yīng)可以忽略不計。


刻蝕設(shè)備市場趨勢


近年來,5G、AIoT等新興技術(shù)合力推動下,產(chǎn)業(yè)智能化進程加速,下游應(yīng)用市場需求迸發(fā),拉動著全球半導(dǎo)體需求放量上漲,反向驅(qū)動上游半導(dǎo)體制造設(shè)備需求和技術(shù)更迭。據(jù)方正證券報告預(yù)計,全球晶圓制造設(shè)備(WFE)市場規(guī)模將達到850億美元量級。根據(jù)SEMI數(shù)據(jù)顯示,預(yù)計至2025年,全球刻蝕設(shè)備市場規(guī)模將增長至155億美元,年復(fù)合增長率約為5%。全球半導(dǎo)體成長空間有望進一步拉大,刻蝕設(shè)備市場規(guī)模也將隨之進一步提升。


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隨著先進制程線寬進一步縮小,對包括刻蝕在內(nèi)的半導(dǎo)體制造技術(shù)對精確度和重復(fù)性有著更高的要求。單論刻蝕技術(shù),速率、各向異性、刻蝕偏差等指標(biāo)都將成為影響芯片制造良率的因素,刻蝕設(shè)備的重要性日益突顯。


近年來,國產(chǎn)設(shè)備廠商邁入技術(shù)迅速發(fā)展、市場生態(tài)拓寬的全新發(fā)展期,國產(chǎn)設(shè)備逐漸受到產(chǎn)業(yè)鏈上下游的認可和采納。雖然國產(chǎn)半導(dǎo)體設(shè)備已經(jīng)逐漸走上發(fā)展正軌,但國產(chǎn)化率仍然處于較低水平,技術(shù)和產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)距離國際水準(zhǔn)也還存在著不小的差距。據(jù)國盛證券估算,中國刻蝕市場需求預(yù)計在200億元以上,國產(chǎn)化率不超過20%,仍然擁有較大的國產(chǎn)替代空間。


國內(nèi)刻蝕設(shè)備龍頭


中微公司


中微公司CCP刻蝕設(shè)備已經(jīng)順利交付1500臺,ICP設(shè)備也已累計交付100臺反應(yīng)腔。CCP刻蝕設(shè)備包括雙反應(yīng)臺Primo AD-RIE和單反應(yīng)臺HD-RIE,廣泛應(yīng)用于國際一線客戶從65nm至5nm、64層及128層3D NAND晶圓產(chǎn)線及先進封裝生產(chǎn)線。


北方華創(chuàng)


自2005年第一臺8英寸ICP刻蝕機進入生產(chǎn)線,北方華創(chuàng)ICP刻蝕機已經(jīng)取得國內(nèi)領(lǐng)先地位。截至2020年底,北方華創(chuàng)ICP刻蝕機交付突破1000臺。而2017年,該公司8英寸金屬刻蝕設(shè)備進入國內(nèi)主流代工產(chǎn)線,打破了8英寸刻蝕機長期由國際壟斷的局面。


屹唐半導(dǎo)體


屹唐半導(dǎo)體產(chǎn)品包括干法刻蝕設(shè)備paradigmE系列,可用于65nm到5nm邏輯芯片、10nm系列DRAM芯片以及32層到128層閃存芯片制造中若干關(guān)鍵步驟的大規(guī)模量產(chǎn)。


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