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2022年半导体蚀刻设备行业深度研究扩产叠加技术迭代，刻蚀设备销量份额双攀升

2022年半导体蚀刻设备行业深度研究扩产叠加技术迭代，刻蚀设备销量份额双攀升

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1.刻蚀是集成电路制造关键环节，复杂工艺构筑行业壁垒

1.1.刻蚀是雕刻芯片的精准手术刀

集成电路（integratedcircuit）是采用多种工艺，把一个电路中所需的晶体管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，实现所需电路功能的微型结构。现代集成电路按功能划分，主要可以分为存储器，处理器，逻辑IC，模拟IC四大类。

完整的集成电路的制造过程通常分为前道晶圆制造（Front-End）与后道封装（BackEnd）两个部分。传统封装（后道）测试工艺可以大致分为背面减薄、晶圆切割、贴片、引线键合、模塑、电镀、切筋成型和终测等8个主要步骤。与前道晶圆制造相比，后道封装相对简单，对工艺环境、设备和材料的要求较低。前道晶圆制造的复杂程度要远超后道封装，主要涉及光刻，刻蚀，薄膜沉积，显影涂胶，清洗，掺杂氧化扩散，量测等工艺。其中刻蚀与光刻及薄膜沉积一起，并列为晶圆制造最重要的三大工艺之一。

集成电路的构造并非简单的平面图形，而是一层层构造叠加起的立体结构。其中，刻蚀作为核心工艺之一的作用，是通过物理及化学的方法，在晶圆表面的衬底及其他材料上，雕刻出集成电路所需的立体微观结构，将前道掩模上的图形转移到晶圆表面。在刻蚀新形成的结构上，可以进行2、SiN介质薄膜沉积或金属Al，Cu，W薄膜沉积，也可以进行多重曝光或下一刻蚀步骤，最终在各个层形成正确图形，并使得不同层级之间适当连通，形成完整的集成电路。

刻蚀设备的重要性不断升高。这是由于光刻设备受到光源波长（DUV的193nm或EUV的13.5nm）的限制，分辨率有一定极限；当晶体管微缩到一定尺寸之后，单纯依靠光刻机的精确度推进工艺进步已经非常困难。刻蚀步骤的设备，工艺，核心零部件的行业壁垒很高。这主要是因为：（1）刻蚀作为图形转移的关键步骤，其所需要雕刻出的结构形态各异；（2）刻蚀步骤需要在不同的材质表面进行，其所涉及的工艺方法相差较大；（3）刻蚀作为主要步骤，占用了大量工艺时间和厂房空间，其生产效率和良率，对产线的效率影响很大；（4）刻蚀步骤需要射频源，气路，电极，冷热源，真空等多个子系统的精确流畅配合，这需要大量的工艺数据积累。

集成电路2D存储器件的线宽已接近物理极限。NAND闪存已进入3D时代，目前128层3DNAND闪存已进入量产阶段，196层和200层以上的闪存芯片正逐步放量。3DNAND制造工艺中，增加集成度的方法不再是缩小单层的线宽，而是增加堆叠的层数。逻辑与DRAM集成电路也已遇到物理因素限制，3D化设计雏形开始浮现。3D化集成电路对刻蚀设备提出了更高的要求。

1.2.刻蚀方法从湿法到干法的演变

80年代以后，随着集成电路制程的升级，及芯片结构尺寸的不断缩小，湿法刻蚀在线宽控制，刻蚀方向性方面的局限性渐渐显现，并逐步被干法刻蚀取代。湿法刻蚀目前多用于回刻蚀，特殊材料层的去除，残留物的清洗。

1.2.1.湿法刻蚀的技术应用

湿法刻蚀是较为原始的刻蚀技术，利用溶液与薄膜的化学反应去除薄膜未被保护掩模覆盖的部分，从而达到刻蚀的目的。其反应产物必须是气体或可溶于刻蚀剂的物质，否则会出现反应物沉淀的问题，影响刻蚀的正常进行。通常，使用湿法刻蚀处理的材料包括硅，铝和二氧化硅等。

1）硅的湿法刻蚀

一般采用强氧化剂对硅进行氧化，然后利用氢氟酸与二氧化硅反应，去除掉二氧化硅，达到刻蚀硅的目的。最常用的刻蚀溶剂是硝酸与氢氟酸和水的混合液。此外，也可以使用含KOH的溶液进行刻蚀。

2）二氧化硅的湿法刻蚀

二氧化硅的湿法刻蚀可以使用氢氟酸（HF）作为刻蚀剂，但是在反应过程中会不断消耗氢氟酸，从而导致反应速率逐渐降低。为了避免这种现象的发生，通常在刻蚀溶液中加入氟化铵作为缓冲剂，形成的刻蚀溶液称为BHF。氟化铵通过分解反应产生氢氟酸，维持氢氟酸的恒定浓度。

3）氮化硅的湿法刻蚀

氮化硅是一种化学性质比较稳定的材料，它在半导体制造中的作用，主要是作为遮盖层，以及完成主要流程后的保护层。湿法刻蚀大多用于整层氮化硅的去除，对于小面积刻蚀，通常选择干法刻蚀。

4）铝的湿法刻蚀

集成电路中，大多数电极引线都由铝或铝合金制成。铝刻蚀的方法很多，生产上常用加热的磷酸，硝酸，醋酸以及水的混合溶液。硝酸的作用主要是提高刻蚀速率，醋酸用来提高刻蚀均匀性的。

1.2.2.干法刻蚀技术的运用

随着集成电路的发展，湿法刻蚀呈现出以