几乎垄断了高端光刻市场份额高达80%的ASML,在CVD设备和PVD设备领域都保持领先的美国应用材料(AMAT)以及刻蚀机设备领域龙头Lam Research稳坐前三。下面将就沉积、刻蚀、光刻这三大领域及代表公司进行详解。
1. 沉积设备
沉积是半导体制程工艺中的一个非常重要的技术,分为物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。
PVD是英文Physical Vapor Deposition的缩写,中文意思是“物理气相沉积”,是指在真空条件下,用物理的方法使材料沉积在被镀工件上的薄膜制备技术。
PVD镀膜技术主要分为三类,真空蒸发镀膜、真空溅射镀和真空离子镀膜。对应于PVD技术的三个分类,相应的真空镀膜设备也就有真空蒸发镀膜机、真空溅射镀膜机和真空离子镀膜机这三种。
CVD是英文Chemical Vapor Deposition的缩写,中文意思为“化学气相沉积”,是半导体工业中应用最为广泛的用来沉积多种材料的技术,其可用于沉积大范围的绝缘材料、大多数金属材料和金属合金材料。从理论上来说,化学气相沉积法时将两种或两种以上的气态原材料导入到一个反应室内,然后他们相互之间发生化学反应,形成一种新的材料,沉积到晶片表面上。
在集成电路制成中,经常使用的CVD技术有:大气压化学气相沉积(APCVD)、低气压化学气相沉积(LPCVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)以及新型气相外延生长技术金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)等。相应的设备也就有APCVD设备,LPCVD设备,PECVD设备以及MOCVD设备。
代表企业:AMAT
美国应用材料股份有限公司AMAT是最大的纳米制造技术企业。自1967年成立以来至今,作为全球最大的半导体与显示行业制造设备供应商,产品与服务已覆盖原子层沉积、物理气相沉积、化学气相沉积、刻蚀、快速热处理、离子注入、测量与检测、清洗等生产步骤。特别是其沉积设备技术更是全球领先。在PVD设备市场,AMAT全球占比近55%,在CVD市场,AMAT全球占比近30%。
在2018年,公司推出采用全新设计的新型CENTURA 200毫米常压厚硅外延反应室PRONTO。该反应室专为生产工业级高质量厚硅(厚度为20~150微米)外延膜而设计,能使当前的外延膜生产效率最大化。
2. 刻蚀设备
刻蚀是采用物理或者化学的方法,通过掩膜图形使薄膜材料选择性销蚀的技术,是薄膜制备的“反”过程。
刻蚀分为湿法刻蚀和干法刻蚀两类。湿法刻蚀是将硅片浸泡在可与被刻蚀薄膜进行反应的溶液中,用化学方法除去不要部分的薄膜。早期制造业以湿法为主。当半导体制造业进入微米、亚微米时代以后,要求刻蚀的线宽越来越细,传统的湿法化学刻蚀因其固有的横向钻蚀,无法控制线宽,甚至造成断裂,已不再适应科研及生产的要求,取而代之的是以等离子体技术为基础的干法刻蚀方法。这种方法是将被加工的硅片置于等离子体中,在带有腐蚀性、具有一定能量离子的轰击下,反应生成气态物质,去除被刻薄膜,此种方法具有各向异性。