半导体核心零部件-Showerhead(喷淋头)
半导体核心零部件-Showerhead(喷淋头)
原创十六半导体设备资讯站2025 年 03 月 10 日 22:55广东
半导体喷淋头是半导体制造设备中的核心部件，其作用贯穿于清洗、刻蚀、沉积等关键工艺环节，直接影响工艺精度和产品质量。是各类气体分配过程中的关键零部件。
Showerhead，中文名称为喷淋头或者叫气体分配盘或匀气盘，是一种广泛应用于半导体制造工艺中的气体分配装置。它主要用于将气体均匀地分配到反应腔中，以确保半导体材料在反应过程中能够与气体均匀接触，提高生产效率和产品质量。产品具有高精度、高清洁度、多重-复合表面处理（如喷砂/阳极氧化/刷镀镍/电解抛光等集一体）等特征。匀气盘位于反应腔室内，为晶圆反应环境提供均匀沉积的气体膜层，是晶圆生产的核心零部件。
在晶圆反应过程中，喷淋头表面密布微孔（孔径 0.2-6 mm），通过精密设计的孔道结构和气体路径，特种工艺气体需要通过匀气盘上成千上万个小孔后均匀沉积在晶圆表面，晶圆不同区域的膜层需保证高度均匀性和一致性。因此，匀气盘除对洁净度、耐腐蚀性有极高要求外，对匀气盘上的小孔孔径一致性、小孔内壁毛刺有严苛要求，如孔径尺寸公差和一致性标准差过大或任一内壁存在毛刺，则会导致沉积膜层厚度不一，进而直接影响设备工艺良率。在等离子体辅助工艺（如 PECVD、干法刻蚀）中，喷淋头作为电极的一部分，通过射频电源产生均匀电场，促进等离子体均匀分布，从而提升刻蚀或沉积的均匀性。
喷淋头的材质：根据材料不同，Showerhead 可以分为硅质 Showerhead（也叫硅电极）、金属 Showerhead（铝合金、不锈钢、纯镍等）、其他类
型（如 CVD-SIC Showerhead）。常见的是铝金属，因为其具有较高的热导率及抗腐蚀能力。也可以用石英或陶瓷来做 shower head。
7075 铝合金/不锈钢：主要用于加工孔径较大（2-6 mm）的喷淋头，需搭配小型加工中心，主轴转速要求高达 1.8 万转或 3 万转，并采用电主轴以保证加工精度。
碳化硅（CVD-SiC）：适用于刻蚀设备等高要求场景，国产碳化硅喷淋头售价约 15 万元，但加工精度有限，仍依赖进口产品。
单晶硅/石英玻璃：脆性材料需专用超声波钻攻机床，通过超声振动降低切削温度并促进排屑，避免断裂。
高纯度陶瓷（氧化铝、氮化硅）：常用于高温高压环境，具有稳定性和抗腐蚀性，占全球市场份额的 79%。
硅质喷淋头：主流选择（占市场 79%），价格约 8-9 万元，寿命受等离子体腐蚀影响，需定期更换。
MOCVD 反应腔喷淋头制造
MOCVD 反应腔喷淋头通常采用高纯度陶瓷材料制造，如氧化铝、氮化硅等。陶瓷材料具有较好的高温稳定性和抗腐蚀性能，能够在高温高压下稳定运行，同时也能够减少对反应气体的污染。制造 MOCVD 反应腔喷淋头的主要工艺包括以下几个方面：
1.材料选择：根据反应气体的特性和工作条件，选择适合的高纯度陶瓷材料，如氧化铝、氮化硅等。
2.结构设计：根据反应腔的尺寸和形状，设计喷淋头的几何形状和位置。优化设计可以提高反应腔中化合物的均匀性和稳定性。
3.加工工艺：采用机械加工、热等静压、注射成型等工艺，对选定的材料进行加工，制造出符合设计要求的喷淋头。
4.材料选择：喷淋头材料的选择直接影响着其性能和使用寿命。常用的材料有金属、陶瓷、高分子等。金属材料通常用于低温条件下的生长，陶瓷材料具有良好的高温稳定性和抗腐蚀性能，适用于高温高压条件下的生长。
5.表面处理：表面处理可以提高喷淋头的表面平整度和光洁度，进一步提高其生长效率和材料质量。常用的表面处理方法包括抛光、喷砂、化学腐蚀等。
