網上刷到一張圖↓ 師傅正在雕刻一塊石頭，那么雕刻這個過程類比芯片，會屬于哪個工藝流程呢？

?? 業界有個簡單的比喻：如果把芯片比作一幅平面雕刻作品，那么光刻機是打草稿的畫筆，刻蝕機是雕刻刀，沉積的薄膜則是用來雕刻的基礎材料。光刻的精度直接決定了電路的走向和尺寸，而刻蝕和薄膜沉積的精度則決定了光刻的尺寸能否實際加工。 所以師傅用刀刻掉不用的部分，雕成想要的圖形，最像芯片工藝流程中的刻蝕，今天主要為大家分享刻蝕工藝。

??芯片加工工藝

芯片制造分為前道工藝設備（晶圓制造）、后道工藝設備（封裝與檢測）等，前道的晶圓加工工藝包括氧化、擴散、退火、離子注入、薄膜沉積、光刻、刻蝕、化學機械平坦化（CMP）等。

這些工藝并不是單一順序執行，而是在制造每一個元件時選擇性地重復進行。一個完整的晶圓加工過程中，一些工序可能執行幾百次，整個流程可能需要上千個步驟，通常耗時六到八個星期。

后道工藝比較好理解，主要包括封裝和測試，其中封裝設備包括劃片機、裝片機、鍵合機等，測試設備包括中測機、終測機、分選機等。劃片機將整個晶圓切割成單獨的芯片顆粒，裝片機和鍵合機等完成芯片的封裝，測試設備則負責各個階段的性能測試和良品篩選。

??刻蝕的定義與分類 

如果說光刻是將圖形轉移到覆蓋在半導體硅片表面的光刻膠上的過程。那么將圖形再轉移到光刻膠下面組成器件的各薄層上，我們稱之為刻蝕， 即選擇性地刻蝕掉該薄層上未被掩蔽地部分。

刻蝕主要分為干法刻蝕和濕法刻蝕， 關于具體定義及原理如下：

目前干法刻蝕市場占比90%，濕法刻蝕占比10%，濕法刻蝕一般適用于尺寸較大的情況下（大于3微米）以及用來腐蝕硅片上某些層或用來去除干法刻蝕后的殘留物。其余，生產中大部分采用干法刻蝕。

干法刻蝕與濕法腐蝕工藝利用藥液處理的原理不同，干法刻蝕在刻蝕表面材料時，既存在化學反應又存在物理反應。因此在刻蝕特性上既表現出化學的等方性，又表現出物理的異方性。所謂等方性，是指縱橫兩個方向上均存在刻蝕。而異方性，則指單一縱向上的刻蝕。 

干法刻蝕用于高精度的圖形轉移。目前我國刻蝕工藝以及刻蝕設備相對于光刻而言，已經能夠達到世界較為前列的水平。能夠達到較高的刻蝕選擇性、更好的尺寸控制、低面比例依賴刻蝕和更低的等離子體損傷。

刻蝕也可以分成有圖形刻蝕和無圖形刻蝕。有圖形刻蝕采用掩蔽層（有圖形的光刻膠）來定義要刻蝕掉的表面材料區域，只有硅片上被選擇的這一部分在刻蝕過程中刻掉。有圖形刻蝕可用來在硅片上制作多種不同的特征圖形，包括柵、金屬互連線、通孔、接觸孔和溝槽。無圖形刻蝕、反刻或剝離是在整個硅片沒有掩模的情況下進行的，這種刻蝕工藝用于剝離掩模層（如STI氮化硅剝離和用于制備晶體管注入側墻的硅化物工藝后鈦的剝離）。

干法刻蝕也可以根據被刻蝕的材料類型來分類。按材料來分，刻蝕主要分成三種：金屬刻蝕、介質刻蝕、和硅刻蝕。介質刻蝕是用于介質材料的刻蝕，如二氧化硅。接觸孔和通孔結構的制作需要刻蝕介質，從而在ILD中刻蝕出窗口，而具有高深寬比（窗口的深與寬的比值）的窗口刻蝕具有一定的挑戰性。硅刻蝕（包括多晶硅）應用于需要去除硅的場合，如刻蝕多晶硅晶體管柵和硅槽電容。金屬刻蝕主要是在金屬層上去掉鋁合金復合層，制作出互連線。

??刻蝕設備分類

目前主流所用的是干法刻蝕工藝，利用干法刻蝕工藝的叫等離子體刻蝕機。也分為三大類，分別是介質刻蝕機、硅刻蝕機、金屬刻蝕機，這主要是因為電容性等離子體刻蝕設備在以等離子體在較硬的介質材料（氧化物、氮化物等硬度髙、需要髙能量離子反應刻蝕的介質材料；有機掩模材料）上，刻蝕通孔、溝槽等微觀結構；電感性等離子體刻蝕設備主要以等離子體在較軟和較薄的材料（單晶硅、多晶硅等材料）上，刻蝕通孔、溝槽等微觀結構。

其中CCP屬于中密度等離子體，ICP則屬于高密度等離子體。CCP技術的發明早于ICP，但由于其特點的不同，兩類技術并非相互取代，而是相互補充的關系。CCP的等離子密度雖然較低，但能量較高，適合刻蝕氧化物、氮氧化物等較硬的介質材料；ICP的等離子密度高，能量低，可以獨立控制離子密度和能量，有更靈活的調控手段，適合刻蝕單晶硅、多晶硅等硬度不高或較薄的材料。

電子回旋加速振蕩等離子體刻蝕設備主要應用于金屬互連線、通孔、接觸金屬等環節。金屬互連線通常采用鋁合金，對鋁的刻蝕采用氯基氣體和部分聚合物。鎢在多層金屬結構中常用作通孔的填充物，通常采用氟基或氯基氣體。

刻蝕通過與光刻、沉積等工藝多次配合可以形成完整的底層電路、柵極、絕緣層以及金屬通路等。從難度上講，硅刻蝕最難，其次介質刻蝕，最簡單的是金屬刻蝕。

??刻蝕設備國產化進程

刻蝕機方面，Lam Research、TEL、應用材料都實現了硅刻蝕、介質刻蝕、金屬刻蝕的全覆蓋，占據了全球干法刻蝕機市場80%以上的份額。

在中國市場，介質刻蝕機是我國最具優勢的半導體設備，目前，我國主流設備中，去膠設備、刻蝕設備、熱處理設備、清洗設備等的國產化率均已經達到20%以上。而這其中市場規模最大的就是刻蝕設備，代表廠商為中微公司、北方華創，以及屹唐半導體。

中微半導體在介質刻蝕領域較強，其產品已在包括臺積電，SK海力士、中芯國際等廠商的20多條生產線上實現了量產。該公司5nm等離子體蝕刻機已通過臺積電驗證，已用于全球首條5nm工藝生產線。中微半導體還切入了TSV硅通孔刻蝕和金屬硬掩膜刻蝕領域。

北方華創在硅刻蝕和金屬刻蝕領域較強，其55nm/65nm硅刻蝕機已成為中芯國際主力設備，該公司的28nm硅刻蝕機也已進入產業化階段，14nm硅刻蝕機正在產線驗證中，金屬硬掩膜刻蝕機則攻破了28nm-14nm制程。

同行業技術比較

中微公司在研項目

北方華創刻蝕機產品

總而言之，在半導體設備領域，刻蝕機的國產化進程還是比較快的，但是，7nm刻蝕機的成功并不意味著國產7nm芯片可實現全面量產。因為刻蝕的前一道工序——光刻，其國產設備目前還處于卡脖子狀態。因此，想要打造一個全制程國產化的 “中國芯”，各個工藝生產設備的齊頭并進尤為重要。

參考來源：

1. 刻蝕機揭秘...，電子報

2. 國產刻蝕設備后發趕超，這些廠商功不可沒！國際電子商情

3. 刻蝕的概念，功率半導體那些事兒

4. 中銀證券

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