網(wǎng)上刷到一張圖↓ 師傅正在雕刻一塊石頭，那么雕刻這個(gè)過(guò)程類(lèi)比芯片，會(huì)屬于哪個(gè)工藝流程呢？

?? 業(yè)界有個(gè)簡(jiǎn)單的比喻：如果把芯片比作一幅平面雕刻作品，那么光刻機(jī)是打草稿的畫(huà)筆，刻蝕機(jī)是雕刻刀，沉積的薄膜則是用來(lái)雕刻的基礎(chǔ)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(shí)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(shè)備（晶圓制造）、后道工藝設(shè)備（封裝與檢測(cè)）等，前道的晶圓加工工藝包括氧化、擴(kuò)散、退火、離子注入、薄膜沉積、光刻、刻蝕、化學(xué)機(jī)械平坦化（CMP）等。

這些工藝并不是單一順序執(zhí)行，而是在制造每一個(gè)元件時(shí)選擇性地重復(fù)進(jìn)行。一個(gè)完整的晶圓加工過(guò)程中，一些工序可能執(zhí)行幾百次，整個(gè)流程可能需要上千個(gè)步驟，通常耗時(shí)六到八個(gè)星期。

后道工藝比較好理解，主要包括封裝和測(cè)試，其中封裝設(shè)備包括劃片機(jī)、裝片機(jī)、鍵合機(jī)等，測(cè)試設(shè)備包括中測(cè)機(jī)、終測(cè)機(jī)、分選機(jī)等。劃片機(jī)將整個(gè)晶圓切割成單獨(dú)的芯片顆粒，裝片機(jī)和鍵合機(jī)等完成芯片的封裝，測(cè)試設(shè)備則負(fù)責(zé)各個(gè)階段的性能測(cè)試和良品篩選。

??刻蝕的定義與分類(lèi) 

如果說(shuō)光刻是將圖形轉(zhuǎn)移到覆蓋在半導(dǎo)體硅片表面的光刻膠上的過(guò)程。那么將圖形再轉(zhuǎn)移到光刻膠下面組成器件的各薄層上，我們稱(chēng)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(guān)于具體定義及原理如下：

目前干法刻蝕市場(chǎng)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(lái)腐蝕硅片上某些層或用來(lái)去除干法刻蝕后的殘留物。其余，生產(chǎn)中大部分采用干法刻蝕。

干法刻蝕與濕法腐蝕工藝?yán)盟幰禾幚淼脑聿煌煞涛g在刻蝕表面材料時(shí)，既存在化學(xué)反應(yīng)又存在物理反應(yīng)。因此在刻蝕特性上既表現(xiàn)出化學(xué)的等方性，又表現(xiàn)出物理的異方性。所謂等方性，是指縱橫兩個(gè)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(zhuǎn)移。目前我國(guó)刻蝕工藝以及刻蝕設(shè)備相對(duì)于光刻而言，已經(jīng)能夠達(dá)到世界較為前列的水平。能夠達(dá)到較高的刻蝕選擇性、更好的尺寸控制、低面比例依賴(lài)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(wú)圖形刻蝕。有圖形刻蝕采用掩蔽層（有圖形的光刻膠）來(lái)定義要刻蝕掉的表面材料區(qū)域，只有硅片上被選擇的這一部分在刻蝕過(guò)程中刻掉。有圖形刻蝕可用來(lái)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(wú)圖形刻蝕、反刻或剝離是在整個(gè)硅片沒(méi)有掩模的情況下進(jìn)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(cè)墻的硅化物工藝后鈦的剝離）。

干法刻蝕也可以根據(jù)被刻蝕的材料類(lèi)型來(lái)分類(lèi)。按材料來(lái)分，刻蝕主要分成三種：金屬刻蝕、介質(zhì)刻蝕、和硅刻蝕。介質(zhì)刻蝕是用于介質(zhì)材料的刻蝕，如二氧化硅。接觸孔和通孔結(jié)構(gòu)的制作需要刻蝕介質(zhì)，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(zhàn)性。硅刻蝕（包括多晶硅）應(yīng)用于需要去除硅的場(chǎng)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(fù)合層，制作出互連線。

??刻蝕設(shè)備分類(lèi)

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(jī)。也分為三大類(lèi)，分別是介質(zhì)刻蝕機(jī)、硅刻蝕機(jī)、金屬刻蝕機(jī)，這主要是因?yàn)?strong>電容性等離子體刻蝕設(shè)備在以等離子體在較硬的介質(zhì)材料（氧化物、氮化物等硬度髙、需要髙能量離子反應(yīng)刻蝕的介質(zhì)材料；有機(jī)掩模材料）上，刻蝕通孔、溝槽等微觀結(jié)構(gòu)；電感性等離子體刻蝕設(shè)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(jié)構(gòu)。

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(shù)的發(fā)明早于ICP，但由于其特點(diǎn)的不同，兩類(lèi)技術(shù)并非相互取代，而是相互補(bǔ)充的關(guān)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(zhì)材料；ICP的等離子密度高，能量低，可以獨(dú)立控制離子密度和能量，有更靈活的調(diào)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(shè)備主要應(yīng)用于金屬互連線、通孔、接觸金屬等環(huán)節(jié)。金屬互連線通常采用鋁合金，對(duì)鋁的刻蝕采用氯基氣體和部分聚合物。鎢在多層金屬結(jié)構(gòu)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(guò)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(zhì)刻蝕，最簡(jiǎn)單的是金屬刻蝕。

??刻蝕設(shè)備國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程

刻蝕機(jī)方面，Lam Research、TEL、應(yīng)用材料都實(shí)現(xiàn)了硅刻蝕、介質(zhì)刻蝕、金屬刻蝕的全覆蓋，占據(jù)了全球干法刻蝕機(jī)市場(chǎng)80%以上的份額。

在中國(guó)市場(chǎng)，介質(zhì)刻蝕機(jī)是我國(guó)最具優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體設(shè)備，目前，我國(guó)主流設(shè)備中，去膠設(shè)備、刻蝕設(shè)備、熱處理設(shè)備、清洗設(shè)備等的國(guó)產(chǎn)化率均已經(jīng)達(dá)到20%以上。而這其中市場(chǎng)規(guī)模最大的就是刻蝕設(shè)備，代表廠商為中微公司、北方華創(chuàng)，以及屹唐半導(dǎo)體。

中微半導(dǎo)體在介質(zhì)刻蝕領(lǐng)域較強(qiáng)，其產(chǎn)品已在包括臺(tái)積電，SK海力士、中芯國(guó)際等廠商的20多條生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。該公司5nm等離子體蝕刻機(jī)已通過(guò)臺(tái)積電驗(yàn)證，已用于全球首條5nm工藝生產(chǎn)線。中微半導(dǎo)體還切入了TSV硅通孔刻蝕和金屬硬掩膜刻蝕領(lǐng)域。

北方華創(chuàng)在硅刻蝕和金屬刻蝕領(lǐng)域較強(qiáng)，其55nm/65nm硅刻蝕機(jī)已成為中芯國(guó)際主力設(shè)備，該公司的28nm硅刻蝕機(jī)也已進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，14nm硅刻蝕機(jī)正在產(chǎn)線驗(yàn)證中，金屬硬掩膜刻蝕機(jī)則攻破了28nm-14nm制程。

同行業(yè)技術(shù)比較

中微公司在研項(xiàng)目

北方華創(chuàng)刻蝕機(jī)產(chǎn)品

總而言之，在半導(dǎo)體設(shè)備領(lǐng)域，刻蝕機(jī)的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程還是比較快的，但是，7nm刻蝕機(jī)的成功并不意味著國(guó)產(chǎn)7nm芯片可實(shí)現(xiàn)全面量產(chǎn)。因?yàn)榭涛g的前一道工序——光刻，其國(guó)產(chǎn)設(shè)備目前還處于卡脖子狀態(tài)。因此，想要打造一個(gè)全制程國(guó)產(chǎn)化的 “中國(guó)芯”，各個(gè)工藝生產(chǎn)設(shè)備的齊頭并進(jìn)尤為重要。

參考來(lái)源：

1. 刻蝕機(jī)揭秘...，電子報(bào)

2. 國(guó)產(chǎn)刻蝕設(shè)備后發(fā)趕超，這些廠商功不可沒(méi)！國(guó)際電子商情

3. 刻蝕的概念，功率半導(dǎo)體那些事兒

4. 中銀證券

| 來(lái)源：旺材芯片

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