刻蚀

一、基础定义与定位

刻蚀（英文为Etch）是半导体制造、微电子IC制造以及微纳制造工艺中相当重要的步骤，是与光刻相联系的图形化处理的核心工艺。狭义上它就是光刻腐蚀，指先通过光刻对光刻胶做曝光处理，再腐蚀去除需要去掉的部分；广义上已经成为通过溶液、反应离子或其它机械方式来剥离、去除材料的统称，是微加工制造的普适性技术 【1】 。它的核心作用是将光刻形成的图形从光刻胶精准转移到下方的待刻蚀薄膜上，最终在晶圆上留下所需的功能图案 【6】 【15】 。

二、核心分类及特点

刻蚀最基础的分类为湿法刻蚀和干法刻蚀两大类：

1. 湿法刻蚀
   以化学溶液为介质，是纯粹的化学反应过程，通过溶液和预刻蚀材料的反应去除未被掩蔽的部分 【1】 【3】 。
   • 优势：选择性好、重复性好、生产效率高、设备简单、成本低 【1】 ，刻蚀速率快 【3】 。
   • 劣势：钻刻严重、图形控制性差，受各向同性特性限制图形精度低，无法适配小特征尺寸工艺，还会产生大量化学废液，环保压力大 【1】 【3】 。
   • 适用场景：多用于特殊材料层去除、残留物清洗，以及对精度要求不高的成熟制程常规刻蚀场景 【2】 【3】 。
2. 干法刻蚀
   以气体为介质，借助等离子溅射或化学反应完成刻蚀，也常被称为等离子体刻蚀，是目前的主流刻蚀技术 【2】 【3】 【6】 。
   • 优势：各向异性好，能形成垂直侧壁结构保障高精度图形制备，选择比高、可控性和重复性好，细线条操作安全易自动化，无化学废液、洁净度高，气体排放易管控环保性更优 【1】 【3】 。
   • 劣势：成本高、设备复杂，刻蚀速率相对较慢，选择性需要通过工艺优化实现 【1】 【3】 。
   • 按作用原理可进一步分为三类：纯物理刻蚀（如离子束刻蚀，靠高能惰性离子溅射轰击材料，各向异性好但选择性极差）、纯化学刻蚀（如等离子刻蚀，靠活性基团反应，速率快选择性好但各向同性）、物理化学协同刻蚀（如反应离子刻蚀，结合两种作用实现陡直的图形转移） 【5】 【7】 。

三、主流干法刻蚀的常见技术类型

目前行业内应用最广泛的干法刻蚀技术主要是ICP（电感耦合等离子体）刻蚀和CCP（电容耦合等离子体）刻蚀：

• ICP刻蚀通过感应线圈在真空腔体中产生高密度等离子体，更适合刻蚀较软或较薄的材料，2022年占干法刻蚀市场份额达47.9% 【5】 【7】 。
• CCP刻蚀利用平行板电极间的射频电场加速离子，更适合刻蚀坚硬的介质材料，2022年占干法刻蚀市场份额达47.5% 【5】 【7】 。

四、按刻蚀材料的干法刻蚀市场结构

按照被刻蚀的材料划分，2022年干法刻蚀的市场占比情况为：介质刻蚀（加工氧化硅、氮化硅、高k介质等材料）占50.6%，硅刻蚀（加工单晶硅、多晶硅、硅化物等材料）占45.6%，金属刻蚀（加工铝、钨等金属互连材料）占3.8% 【6】 。2025年全球刻蚀设备整体市场空间约219.1亿美元 【11】 。

五、行业发展趋势与特殊场景需求

随着集成电路工艺不断升级，器件尺寸持续缩小，3D NAND、FinFET等新结构不断涌现，刻蚀工艺正在向更高刻蚀选择比、更精密的参数控制、更低的晶圆损伤方向发展，脉冲等离子体、更低且分布更窄的离子能量等技术成为刻蚀设备的主要发展方向 【4】 。
尤其3D NAND的垂直堆叠层数不断提升，从数十层增长到300层以上，对刻蚀的深宽比能力要求出现指数级提升，需要精准刻蚀出深度数微米、孔径仅几十纳米的通道孔结构，也直接推高了刻蚀设备在整个芯片制造产线中的占比：比如某3D NAND产线堆叠层数从32层增至128层时，刻蚀设备占比从34.9%提升至48.4% 【8】 。