可生产5nm芯片！中企高端刻蚀设备亮相，获三星、台积电“盖章”

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据市场最新消息，4月6日当天，我国知名半导体设备生产商中微公司（以下简称“中微”）公开宣布，该司生产的离子体刻蚀设备，已应用在国际一线客户从65纳米到5纳米及其他先进的集成电路加工制造生产线和先进封装生产线。

其中，中微旗下备受瞩目的 12英寸高端刻蚀设备 ， 已被纳入 5 nm及 以下 芯片核心零部件的 加工 工序中 。

都知道，当前全球能生产5nm芯片的代工商仅有台积电、三星两家。中微的表述无疑就是在表明，该司的12英寸高端刻蚀设备已经获得国际最先进的芯片制造商的“盖章认证”。 而在去年4月，中微公司就曾透露，该司的高端刻蚀设备拿下了国际客户批量订单。

一家企业的芯片生产，需要涉及成百上千个设备以及零部件的供应。 例如，由于美国还不愿对EUV光刻机放松限制，中芯国际7nm及以下工艺芯片生产也无法开展。眼下，中微高端刻蚀设备取得的重大突破，无疑让我国芯片“卡脖子”的难题迎来了一丝曙光。

据了解，在芯片制造的整个流程中，刻蚀设备、光刻设备、薄膜沉积设备是其中最重要的3类设备。其中，刻蚀设备比我们熟知的光刻设备还要值钱，是一家芯片厂最“烧钱”的开销所在，在 晶圆制造设备价值量的 占比达 24% ，光刻设备则为23%。

中微的财报数据显示，该司的刻蚀设备在2020年挣得了将近12.9亿元的收入，同比增长约 58.49%。

可以想象，等到中芯国际等制造商的芯片制程发展到5nm工艺之际，起码在刻蚀设备方面也不用担忧面临“断供”的难题了。

文 |廖力思 题 | 凌明 图 |饶建宁 卢文祥 审 |陆烁宜

芯片主要生产设备及工艺流程

一、主要生产设备

二、生产工艺流程

拟建项目半导体产品有硅品（硅电极、硅环）、石英品（石英电极、石英环）、降品，LCD再生产品包括上、下部电极再生（完全再生、全面再生和部分再生）、LCD陶瓷涂层再生和LCD陶瓷涂层清洗。半导体生产除人工上下挂，其余工序自动运行。由于拟建项目半导体产品加工精度较高，故每次下料、粗加工、精加工等工序后以及包装工序前，均会进行清洗，清洗方式均为超声波洗+冲洗。其中下料加工后清洗水为自来水，粗加工、精加工和包装的清洗水均为纯水。根据设计资料，下料加工清洗用水量为1500L/d,粗加工、精加工、包装清洗用水量为3000L/d。

(1)硅品

硅品包括硅电极和硅环，生产工艺均为下料、粗加工、激光打印、蚀刻、精加工清洁、烘干和包装，但是硅电极和硅环的蚀刻和清洗工艺不同。

工件的输送方式为硅品总工艺流程见图1,

硅电极蚀刻工艺见图2,

健环蚀刻工艺见图3.

电极清洗工艺见图4,

硅环清洗工艺见图5

①硅片总工艺

硅品总工艺流程图 图（1）

工艺说明：

下料：将硅片切割成①376x厚度10mm(硅电极）,中345x厚度5mm(硅环）的形状，切割过程中使用GR-SWC的切削液。切割后的硅片进行清洗，清洗方式为超声波洗+冲洗，清洗用水为自来水，清洗温度为常温。该过程有硅屑SI、废切削液S2和清洗废水W1产生。

粗加工：工人使用车床和磨床对硅片外园和端面进行磨削，专用倒角设备进行外圆倒角磨削，加工中心精密加工内圆，加工过程中使用SC-525H的乳化波。粗加王后的硅片需进行清洗，清洗方式为超声波洗+冲洗，清洗用水为纯水，清洗温度为常温。该过程有硅屑S1、废切削液S2和清洗废水WI产生。

精加工1:工人使用加工中心精密加工硅片内圆，加工过程中使用SC-525H的乳化液精加工后的硅片毒进行清洗，清洗方式为超声波洗-冲洗，清洗用水为纯水，清洗温度为常温。该过程有硅屑S1、废切削液S2和清洗废水WI产生。

激光打印：用激光打印机打印产品编码。

精加工2:工人使用高精度研磨机、抛光机对硅片端面进行研磨，抛光、研磨时使用ACRO-SY-2600N的乳化液，无粉尘产生。精加工后的硅片需进行清洗，清洗方式为超声波洗土冲洗，清洗用水为纯水，清洗温度为常温。该过程有硅屑S1、废切削液S2和清洗废水W1产生。

烘干：清洁后的硅品放入烘干护中进行烘干，加热方式为电加热，加热温度为50~80℃，加热时间为2h。

真空包装：外观检查后合格的硅括经过清洗后由自动包装机进行真空包装。

②码电极蚀刻工艺

硅电极蚀刻工艺流程图 图（2）

碱脱脂：采用超声波清洗方式除去硅电极表面在机加设备中带上的油污。脱脂过程中需要添加蚀刻剂TC-735B,主要成分为碳酸钾、焦磷酸钾和氢氧化钾，浓度为20%,脱脂温度为45~50℃，采用电加热，时间约13min。碱脱脂液每个月全部废弃，重新配置，产生碱性槽液W2-1。

纯水冲洗：硅电极碱脱脂后需进行清洗，冲洗用水为纯水，冲洗温度为常温，清洗方式为喷枪对硅电极喷水冲洗，喷射时间为Is。冲洗废水连续排放，产生冲洗废水W2-2。

纯水浸洗：冲洗后的硅电极放入水槽内浸洗，浸泡用水为纯水，时间为7min,温度为常温，浸洗池每2周更换一次水，产生浸洗废水W2-3。

蚀刻：将清洗后的硅电极放入蚀刻液TE-100(硫酸、氧化氧胺、丽酸钾和过硫酸按的混合液）中浸泡10min,温度为常温。硅电极上需要蚀刻区域接触溶液，硫酸、过硫酸铵等将硅电极表面氧化生成氧化硅，然后氟化氢铵与氧化硅发生反应，去除掉氧化物，达到溶解腐蚀，形成凹凸的效果。

化学反应方程式：3NH4HF2+SiO2=(NH4)2SiF6+NH4OH+2H2O

因为蚀刻液成酸性，反应生成的NH4OH迅速变成稳定的（NH4)2SO4、NHaNO3和NHaF,NHF在酸性条件下释放出HF,不会产生氨气。

蚀刻槽液每个月全部废弃，重新配置，该过程有酸性废气G1-1、蚀刻废液W2-产生。

③硅电极清洁工艺

硅电极清洁工艺流程图 图（3）

工艺说明及产污分析：

碱脱脂：采用超声波清洗方式除去硅电极表面在机加设备中带上的油污，脱脂过程中需要添加清洁剂TC-730B,主要成分为碳酸钾、焦磷酸钾和氢氧化钾，依度为20%,脱脂温度为45~50℃，采用电加热，时间约13min。碱脱脂液每个月全部废弃，重新配置，产生碱性槽液W4-1。

纯水冲洗：硅电极碱脱脂后需进行清洗，冲洗用水为纯水，冲洗温度为常温，清洗方式为喷枪对硅电极喷水冲洗，喷射时间为3.5s,冲洗废水连续排放，产生冲洗废水W4-2。

纯水溢流漂洗：冲洗后的硅电极放入水槽内进行溢流漂洗，漂洗用水为纯水，温度为常温。漂洗废水连续排放，产生漂洗废水W4-3

第一次酸洗：第一次酸洗过程中采用超声波方式，需要添加清洁剂TC-300N,主要成分为乙二醇单叔丁基酵，浓度为20%,酸洗温度为常温，时间约8min,目的是去除硅电极上可能带有的金属细粒，此过程中乙二醇单叔丁基酵会将硅氧化，硅电极表而形成氧化膜。酸洗槽液每个月全部废弃，重新配置，产生酸性槽液W4-4。

纯水冲洗和纯水溢流漂洗同上述，分别产生废水W4-5~W4-6。

第二次酸洗：第二次酸洗过程中需要添加清洁剂TC-100A,主要成分为氧化氧钱，浓度为7%,酸洗温度为常温，时间约8min,目的是去除硅电极表面氧化膜，酸洗糖液每个月全部废弃，重新配置，该过程有酸性废气G2-1、酸性槽液W4-7产生。

纯水冲洗和纯水溢流漂洗同上述，分别产生废水W4-8-W4-9。

第三次酸洗：第三次酸洗过程中需要添加清洁剂TC-230A,主要成分为氯化氢、双氧水，其中槽液中氯化氢浓度仅为0.112-0.168%,酸洗温度为常温，时间约8min,目的是去除硅电极上残留的金属细粒，此过程中氯化氯和双氧水会将硅氧化，硅电极表面形成氧化膜。酸洗槽液每个月全部废弃，重新配置，由于氯化氧浓度太低，本评价不考虑酸性废气氯化氢产生，该过程有酸性槽液W4-10产生

纯水冲洗和纯水溢流漂洗同上述，分别产生废水，W4-11-W4-14。

④硅环蚀刻工艺

硅环蚀刻工艺流程图 图（4）

碱脱脂：采用超声波清洗方式除去硅环表面在机加设备中带上的油污。脱脂过程中需要添加蚀刻剂TC-735B,主要成分为碳酸钾、焦磷酸钾和氢氧化钾，浓度为20%,脱脂温度为45-50℃，采用电加热，时间约13min。碱脱脂液每个月全部废弃，重新配置，产生碱性槽液W3-1。

纯水冲洗：硅环碱脱脂后需进行清洗，冲洗用水为纯水，冲洗温度为常温，清洗方式为喷枪对硅环喷水冲洗，喷射时间为8.5s。冲洗废水连续排放，产生冲洗废水W3-2。

纯水浸洗：冲洗后的硅环放入水槽内浸洗，浸泡用水为纯水，时间为7min,温度为常温。浸洗池每2周更换一次水，产生浸洗废水W3-3。

蚀刻：由于不同种类硅之间电阻率有所区别，硅环蚀刻液有两种，TE-300S和TE-500L。以上两种蚀刻剂的成分相同，成分配比不同。

清洗后的硅环放入蚀刻液中（硫酸、氯化氢馁、硝酸钾和过硫酸安的混合液）中湿泡10min,温度为35~40℃，电加热。硅环上需要蚀刻区域接触溶液，硫酸、过硫酸安等将硅电极表面氧化生成氧化硅，然后氟化氢馁与氧化硅发生反应，去除掉氧化物，达到溶解腐蚀，形成凹凸的效果。

化学反应方程式：3NHHF2+SiO2=(NH;)2SiF.+NH4OH+2H2O

因为蚀刻液成酸性，反应生成的NHOH迅速变成稳定的（NHu)2SO4、NH4NO3和NH4F,NHF在酸性条件下释放出HF,不会产生氨气。

蚀刻槽液每个月全部废弃，重新配置，该过程有酸性废气G1-2、蚀刻废液W3-4产生。

⑤硅环清洁工艺

硅环清洁工艺流程图 图（5）

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