十月下旬日本再度断供华为，但是力度远超预期，但中微公司和南方华创这两家蚀刻设备厂商股价一度创历史新高。常年来看半导体国产取代的逻辑仍然持续，但短期可能面临较大调整压力，未来的股价走势可能还是鸡飞狗跳式的。本文就重点说说蚀刻设备及涉及的主要技术。
一蚀刻的分类
在所有半导体制造设备中，提起光刻机相信好多人知晓，晓得ASML多牛掰，也大约晓得国产光刻机水平怎么。并且提起蚀刻机，可能好多人就懵了，不知蚀刻为什么物。并且在现在的半导体工业中，蚀刻机在晶片制造设备投资中的占比达到20%，仅次于光刻机的30%，可见其重要性。
蚀刻是光刻以后的关键步骤，是用物理或化学方式有选择地从晶圆表面清除不须要的蚀刻材料，从而产生光刻定义的电路图形。说人话就是把想要的留下，不想要的清除掉：
蚀刻分为湿法蚀刻和干法蚀刻，干法蚀刻是用液体物理试剂以物理方法除去晶圆表面的材料，但因为其在线宽控制和蚀刻方向性等多方面的局限，在3m之后的工艺中不再使用，湿法蚀刻成为当前主流工艺。湿法蚀刻是把晶圆表面暴露于气态中形成的等离子体中离子刻蚀，等离子体通过光刻胶开出的窗口，与晶圆发生化学或物理反应（或这两种反应），因而消除暴露的表面材料。相比干法蚀刻，湿法蚀刻的优点是蚀刻剖面各向异性，具有较好的线宽控制能力，同时因为不采用物理试剂，降低了物理亵渎问题以及材料消耗和废水处理费用等：
湿法蚀刻主要包括金属蚀刻、介质蚀刻和硅蚀刻，其中金属蚀刻主要用于金属互连线的铝合金蚀刻、制作钨塞及接触金属蚀刻；介质蚀刻主要用于制做接触孔和通孔；硅蚀刻主要用于制做MOS栅结构的砷化镓栅和元件隔离或DRAM电容结构中的单晶槽：
二CCP蚀刻与ICP蚀刻的差别
等离子体涂覆的主要蚀刻过程是：蚀刻二氧化碳步入反应腔后，在外加电磁场作用下通过辉光放电形成由电子和原子结合在一起产生的等离子体；等离子体轰击晶片表面并被吸附；晶片表面形成物理反应并产生反应产物和副产物；副产物解吸附后被排出腔室，主要过程如右图：
在中微公司的官网上能找到的蚀刻设备有7个机型，其中五个是CCP蚀刻设备，一个是TSV蚀刻设备，还有一个是ICP蚀刻设备。CCP与ICP是根据等离子体形成和控制技术的不同而分类的。
CCP是的英语简称，英文含意是电容耦合等离子体涂覆，相对应的ICP是的英语简称，英文含意是电感耦合等离子体涂覆。
CCP的原理是将施加在极板上的射频或直流电源通过电容耦合的形式在反应腔内产生等离子体，一般射频的频度为13.56MHz。其实CCP的频度有高低之分，其少将2MHz/4MHz的射频电源称为低频射频源，频度在27MHz以上的称为高频射频源。在反应腔室气压上，CCP的工作气压可以从几个mTorr到几百个mTorr之间，由于电子质量远高于离子质量，电子可以运动更远更长的距离并与二氧化碳和器壁进行碰撞并电离出更多的电子和离子。因为深奥宽比结构的蚀刻要求的提升，近些年来反应腔室工作气压早已增加至，以降低离子的自由程和降低因碰撞所引起的能量损失。
ICP蚀刻的原理是将射频电源的能量经由电感线圈，以磁场耦合的方式步入反应腔内部，进而形成等离子体并用于蚀刻。其实在技术迭代过程中出现了以拉姆研究ICP变压器耦合等离子体（TCP）为路线的ICP蚀刻技术和以应用材料去耦合等离子源技术（DPS）为路线的ICP技术，因为TCP和DPS说上去更复杂，因而本文便不再展开。
CCP与ICP的最大差别就是ICP设备上多了一层线圈，两类设备在具体应用上形成较大的差别，具体如下表所示：
从蚀刻设备的使用工艺和技术路线上来看，中微公司主要以用于介质蚀刻的CCP蚀刻为主，南方华创以用于硅蚀刻和金属蚀刻的ICP蚀刻为主，所以严格意义上中微公司和南方华创缺少可比性，倘若晓得这两家公司到底牛不牛，就拿它俩和东京电子、应用材料等国际大鳄做对比，虽然人家不光有CCP和ICP，还有ALD等新花样。
三湿法蚀刻中所用的物理品
基于等离子体技术的CCP和ICP在蚀刻工艺中须要众多物理品，这种物理品均以二氧化碳方式参与蚀刻工艺，本段将以介质蚀刻等三个类型对蚀刻二氧化碳做一归纳。
介质蚀刻中的物理二氧化碳
前文早已提及介质蚀刻中最主要的两种类型是氧化硅蚀刻和渗碳硅蚀刻，氧化硅蚀刻主要是为了制做接触孔和通孔，渗碳硅蚀刻则是产生MOS管中的有源区和钝化窗口。在即将说氧化硅蚀刻前先说下接触孔和通孔。
以右图典型的CMOS元件为例，接触孔是元件与第一层金属之间的联接通道，通过接触孔和金属层实现不同元件之间的联接；通孔是相邻金属层之间的联接通道：
具体工艺上对湿法蚀刻的要求是：对光刻胶和上层材料等不须要蚀刻的材料具有高选择比、有可接受的产能的蚀刻速度、好的侧壁剖面控制、好的片内均匀性、低元件损伤和较宽的工艺制造窗口。深宽比是评价蚀刻工艺的重要工艺指标，本义是横向蚀刻深度和纵向侵蚀长度的比值，深宽比越大才能加工较厚规格的敏感结构，降低高敏质量，提升元件灵敏度和精度，ICP蚀刻的深宽比可达到80-100。选择比是在同一蚀刻条件下涂覆一种材料对另一种材料的蚀刻速度之比，高选择比意味着只去掉想要消除掉的膜层材料，对下一层材料和光刻机不蚀刻。
在氧化物蚀刻中所用的物理二氧化碳一般为四氟化碳和CHF3等氟炭化合物，其中最常用的是四氟化碳，四氟化碳有较高的蚀刻速度但对硅片选择比不好。在实际工艺中还可能会加入氢气或氩气等改善蚀刻的均匀性等工艺性能。通常来说碳原子/氟原子的比列越高才能产生越多的聚合物、越低的蚀刻速度和越高的蚀刻选择比。
氧化硅蚀刻中可提升蚀刻选择比的方式是在蚀刻二氧化碳中加入二氧化碳来控制氧化物与硅之间的选择比，通过加入二氧化碳降低硅的蚀刻速度同样可以达到提升蚀刻选择比的目的。在氧化铝蚀刻中同样所用的二氧化碳是四氟化碳与氢气和二氧化碳产生的混和二氧化碳，目的是稀释氟基含量并减少对上层氧化物涂覆速度，据悉在渗碳硅蚀刻可能用到的二氧化碳还有四氟化硅、氟化氮和六氯化二碳等。
硅蚀刻中的物理二氧化碳
硅蚀刻主要是拿来制做MOS元件中栅结构的砷化镓栅和元件隔离离子刻蚀，以及DRAM储存元件电容结构中的单晶槽，砷化镓栅和砷化镓槽典型结构如下：
在硅片蚀刻中一般所用的物理二氧化碳是二氧化碳、溴气或氢气和溴气的混和二氧化碳，其中氢气能形成各向异性的硅侧壁剖面并对氧化硅具有较好的选择比，一般对硅片、氧化硅的选择比小于10:1；用溴气或氯化甲烷体涂覆时对氧化硅和渗碳硅的选择比小于100。据悉用加入二氧化碳的氯化氢和二氧化碳的混和二氧化碳同样可以提升蚀刻的选择比，原理与氧化硅蚀刻二氧化碳中加入二氧化碳类似，通过提及蚀刻效率来提及选择比。
在半导体元件中制做硅槽的目的有两个，一个是通过浅硅槽隔离技术实现元件隔离，二是在DRAM制造中在能实现元件面积缩小的情况下通过深槽蚀刻、侧壁氧化和砷化镓填充沟槽等技术制做出深度小于5μm的深槽来提升电容。在浅沟槽隔离中用到的物理二氧化碳主要是氟气，深沟槽蚀刻中常用氯基或溴基二氧化碳例如氯化氢、氯气或混和二氧化碳，其实用溴气蚀刻的一大用处是在蚀刻中不再需要用碳对侧壁进行钝化，还可以减轻污染，因而越来越常用。
金属蚀刻中的物理二氧化碳
在说金属蚀刻前先提一下半导体制做中的金属化工艺。所谓金属化就是在绝缘介质薄膜上通过沉积金属薄膜和刻印图形产生金属连线，将不同的元件联接上去产生电路，同时可将外部联通号传输到半导体元件内部不同部位，进而实现一定功能。似乎很顺耳，但实际上就提及了两件事情，一个金属化用的是薄膜生长技术，典型工艺有化学液相沉积和物理液相沉积；第二金属化的目的是将各层元件联接上去产生可导通的电路，实现半导体元件的功能。半导的本义就是浊度一半，导电性很差，假如再不想办法将导电性增强，那就与废石头没哪些差异了。
金属化工艺中目前比较常见的是铝互连和铜互连，铝互连是发展最早的金属互连工艺，但后来居上的铜互连大有取代铝互连的趋势。铝在20℃时的阻值率为2.65μΩ/cm，要低于铜和金等金属的内阻率，但胜在实惠，但是铝在晶圆上的附着力较好，且易产生碳化硅，因而在金属互连中成为首选金属。并且在沉积工艺中铝的台阶覆盖率不好，在0.5μm的亚微米时代这一缺陷愈加显著，容易产生空洞或缝隙，因而在后续工艺中通过钨填充技术来填补铝互连中存在的空洞等缺陷，主要是钨具有极强的填充深奥宽比通孔的能力，台阶覆盖率十分好，同时这也是金属蚀刻中铝蚀刻和钨蚀刻差别的承德。
在铝蚀刻圆通常用氨水来蚀刻，但因为氢气蚀刻具有各向同性，因而为了获得各向异性，在氢氟酸中一般还加入CHF3或光刻胶中的碳来对侧壁进行钝化（主要是通过光刻胶和蚀刻二氧化碳中的碳产生聚合物来实现侧壁钝化）；为了更好的控制侧壁剖面还可加入硫酸硼。在钨蚀刻圆通常用六氯化硫和四氟化碳等氟基或氯仿等氯基二氧化碳进行钨减薄，但氟基二氧化碳对氧化硅选择比差，因而氯基二氧化碳比较常用。此外在蚀刻二氧化碳中还可以通过加入二氧化碳增强对光刻胶的选择比，加入二氧化碳降低碳的沉积等。
下表是湿法蚀刻中常用的蚀刻二氧化碳：
四原子层减薄
最后说一下原则层减薄（ALE）。ALE是一种能精密控制被消除材料的蚀刻技术，可以将蚀刻精度精确到一个原子层也就是0.4nm，因而具有极高的蚀刻选择率，其实也是技术节点步入10nm之后会被广泛采用的蚀刻技术，代表蚀刻技术的发展方向。
ALE的步骤主要分四步：第一是表面处理，蚀刻剂与晶圆表面发生物理反应，此反应仅发生在被涂覆材料表面，仅与表面一个原子层发生反应而不会深入到下一层；第二是转换步骤，将蚀刻剂a抽离反应腔。第三是蚀刻剂b与经处理的表面发生反应，反应生成物剥离晶圆表面。并且与反应A类似，反应B同样仅与表面一个原子层发生反应并最后被剥离，不影响下一层材料，然后循环：
ALE除了有极高的蚀刻选择率，但是其蚀刻率的微负载效应几乎为零，不论在快反应部位还是慢反应部位，每位周期仅完成一个原子层的蚀刻。在应用上ALE应用广泛，可以用于氧化物涂覆或则硅蚀刻等，还可以用于浅沟槽隔离工艺等。
在ALE设备研制上应用材料与拉姆研究均处于全球领先地位，例如拉姆研究开发的Flex系列ALE蚀刻机早已用于联发科等晶片代鞋厂7nm产线。中微公司的CCP蚀刻技术节点同样达到5nm，但也基本上达到极限了，未来中微公司和南方华创发展趋势还是向ALE靠拢。