半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備是集成電路制造中的核心工藝設(shè)備，用于通過化學(xué)或物理手段選擇性去除晶圓表面材料（如硅、氧化硅、金屬等），將光刻形成的圖形精確轉(zhuǎn)移至襯底上，形成器件隔離結(jié)構(gòu)、互連導(dǎo)線或深孔（如TSV）。其技術(shù)復(fù)雜性與精度要求，直接影響芯片性能、良率及制程性。以下是其技術(shù)原理、核心功能及行業(yè)價(jià)值的詳細(xì)介紹。

一、技術(shù)原理與分類

干法刻蝕

ICP-RIE（感應(yīng)耦合等離子體-反應(yīng)離子刻蝕）：高密度等離子體實(shí)現(xiàn)高深寬比（>20:1）刻蝕，用于TSV、FinFET等結(jié)構(gòu)。

CCP（電容耦合等離子體）：適用于大面積均勻刻蝕，如柵極氧化層去除。

等離子體刻蝕：利用高頻電場激發(fā)氟基氣體（如CF?、SF?）或氯基氣體（如Cl?）形成活性離子，通過物理轟擊與化學(xué)反應(yīng)去除材料。

終點(diǎn)檢測技術(shù)：通過光學(xué)發(fā)射光譜（OES）或射頻阻抗監(jiān)測實(shí)時(shí)停止刻蝕，防止過度損傷襯底。

濕法刻蝕

化學(xué)腐蝕液：如緩沖氧化物刻蝕液（BOE，HF+NH?F）用于SiO?去除，各向異性刻蝕液（如TMAH）用于硅的垂直腐蝕。

超聲輔助：增強(qiáng)化學(xué)液滲透能力，提升深孔或窄縫結(jié)構(gòu)的刻蝕效率。

二、核心功能與技術(shù)指標(biāo)

高精度圖形轉(zhuǎn)移

分辨率達(dá)亞微米級（如5nm節(jié)點(diǎn)需控制線寬偏差<1nm），側(cè)壁陡直度接近90°，避免“底切”效應(yīng)。

支持多層材料（如SiO?/Si/金屬）的選擇性刻蝕，掩膜層（光刻膠或硬掩膜）保護(hù)能力至關(guān)重要。

均勻性與重復(fù)性

片內(nèi)均勻性（±1%以內(nèi)）、片間一致性（<3%差異），保障大規(guī)模量產(chǎn)穩(wěn)定性。

動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)功率（kW級）、氣壓（mTorr級）與氣體流量，適應(yīng)不同工藝需求。

環(huán)保與安全設(shè)計(jì)

氟化物廢氣處理系統(tǒng)（如堿液洗滌）、廢液回收（中和、過濾），符合環(huán)保法規(guī)。

腔體材料采用耐腐蝕合金（如Alloy 20）或陶瓷涂層，延長設(shè)備壽命。

三、應(yīng)用場景與典型工藝

前端制程

柵極刻蝕：去除多晶硅或金屬柵極材料，形成晶體管控制電極。

隔離結(jié)構(gòu)：刻蝕淺溝槽隔離（STI）或深溝槽隔離（DTI），實(shí)現(xiàn)器件電學(xué)隔離。

后端制程

TDDB（經(jīng)時(shí)擊穿）優(yōu)化：精準(zhǔn)控制柵極氧化層厚度，提升可靠性。

TSV（硅通孔）刻蝕：深達(dá)100μm以上的高深寬比孔洞，用于3D封裝互連。

封裝

UBM（凸點(diǎn)下金屬層）刻蝕：形成RDL（再布線層）圖案，支持扇出型（Fan-out）封裝。

混合鍵合刻蝕：匹配不同材料晶圓的鍵合界面，提升異構(gòu)集成良率。

四、行業(yè)趨勢與國產(chǎn)突破

技術(shù)演進(jìn)方向

原子層刻蝕（ALE）：交替脈沖式氣體反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)單原子層精度控制（如1?/循環(huán)）。

多模式混合刻蝕：結(jié)合干法與濕法優(yōu)勢，提升復(fù)雜結(jié)構(gòu)處理能力。

AI驅(qū)動(dòng)優(yōu)化：機(jī)器學(xué)習(xí)預(yù)測刻蝕參數(shù)，縮短工藝調(diào)試周期。

半導(dǎo)體刻蝕設(shè)備是芯片制造中“雕琢微觀世界”的精密工具，其技術(shù)壁壘體現(xiàn)在高精度圖形控制、多材料兼容性與工藝穩(wěn)定性。隨著制程進(jìn)入亞3nm時(shí)代，刻蝕設(shè)備需兼顧更高深寬比、更低損傷與更低成本，而國產(chǎn)設(shè)備的崛起正為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈注入新動(dòng)能。