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1、单项工艺包括光刻、刻蚀、薄膜沉积、离子注入等,需要相应设备完成

集成电路制造工艺繁多复杂,前道制造工艺包括氧化扩散、薄膜沉积、涂胶显影、光刻、离子注入、刻蚀、清洗、检测等。其中光刻、刻蚀和薄膜沉积是半导体制造三大核心工艺:1)薄膜沉积工艺:为晶圆做加法,在晶圆上沉积一层待处理的薄膜;2)光刻工艺:涂胶机将光刻胶涂抹在薄膜上,光刻机通过光罩进行曝光,显影之后即可把光罩上的图形转移到光刻胶上;3)刻蚀工艺:为晶圆做减法,根据图形化后的光刻胶对未被光刻胶覆盖的区域进行雕刻,图形即转移到薄膜,去除光刻胶后,即完成图形从光罩到晶圆的转移。(也有工艺环节的刻蚀是无图形刻蚀)制造芯片的过程需要数十层光罩,集成电路制造主要是通过薄膜沉积、光刻和刻蚀三大工艺循环,把所有光罩的图形逐层转移到晶圆上。

集成电路前道制造工艺及设备:

光刻:光刻机、涂胶显影机刻蚀:等离子体刻蚀、湿法刻蚀设备薄膜沉积:薄膜沉积设备,包括CVD、PVD、ALD、气相外延炉离子注入:离子注入设备热处理:氧化炉、RTP设备、激光退火CMP:CMP设备清洗:清洗设备,包括单片式清洗机、槽式清洗机等过程控制:检测/量测设备

1.1薄膜沉积

1.1.年全球薄膜沉积设备市场达到亿美元,制程升级/多层趋势+新兴工艺驱动市场增长

薄膜沉积作用是在芯片纳米级结构中逐层堆叠薄膜形成电路结构,薄膜包括半导体、介质、金属/金属化合物三大类,不同薄膜沉积时反应的原理不同,因此薄膜沉积设备的技术原理也不同,沉积过程需要物理(PVD)、化学(CVD)、原子层沉积(ALD)等设备相互补充。CVD覆盖了前道制造过程中的大部分沉积工艺,因此市场规模最高。薄膜沉积工艺的不断发展,形成了较为固定的工艺流程,同时也根据不同的需求演化出了PECVD、溅射PVD、ALD、LPCVD等不同的设备用于晶圆制造的不同工艺。其中,PECVD是薄膜设备中占比最高的设备类型。年全球薄膜设备总市场已经达到亿美元,其中,PECVD、溅射PVD、炉管CVD、ALD、LPCVD、单晶外延EPI、镀铜ECD和MOCVD市场规模分别为65、48、31、30、22、16、10、5亿美元。

制程升级/多层架构趋势带动设备需求量:在逻辑芯片中,制程进步带来工序步骤和薄膜层数增多,比如,在90nmCMOS工艺大约需要40道薄膜沉积工序,在3nmFinFET工艺产线,超过道薄膜沉积工序,制程从nm进步到90nm过程中,同样产能需要的薄膜设备数量呈现成倍增长;存储芯片3D化,高深宽比结构以及存储层数堆叠带来薄膜沉积设备需求增大。到20nm工艺节点之后,传统的平面浮栅NAND闪存因受到领巾浮栅-浮栅的耦合电容的干扰而达到了微缩极限,NAND闪存已进入3D时代。3DNAND制造工艺中,增加集成度的主要方法不再是缩小单层上线宽而是增加堆叠的层数。在3DNANDFEOL工艺中,在完成CMOS的源漏极之后,开始重复沉淀多层氧化硅/氮化硅形成ON叠层(ONStack),接下来进行光刻和沟道超深孔刻蚀(深宽比至少大于30:1),沉淀高质量的多晶硅薄膜和沟道深孔填充并形成栅衬垫阵列(GatePad),然后进行一系列的光刻、刻蚀、离子注入、沉积栅介质层、沉积栅极等工艺,最后进行BEOL工艺。目前层3DNAND闪存已进入大生产,层闪存已处于批量生产阶段,层正在开发,高深宽比结构以及存储层数堆叠带来薄膜沉积设备需求增大。新工艺拓宽应用场景:在栅极从多晶硅栅(Poly-SiON)向HKMG结构转变、存储结构深宽比越来越高、金属互连阻挡层薄膜越来越薄等过程中,以及多重曝光等新工艺中,传统的LPCVD/PECVD等沉积方法沉积效果有限,需要ALD工艺来沉积性能更好的薄膜并满足高深宽比等需求,在28nm以下FinFET/GAA结构中,Fin的形成需要自对准双重技术(SADP)完成,而ALD沉积的Spacer材料的宽度决定了Fin的宽度,是制约逻辑芯片制程先进的关键。

1.1.2薄膜沉积可以分为物理气相沉积和化学气相沉积,设备选型需要

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