中國(guó)粉體網(wǎng)訊  當(dāng)前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已成為一個(gè)國(guó)家的先進(jìn)制造能力、科學(xué)技術(shù)強(qiáng)大的體現(xiàn)，對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步起到重要作用。

半導(dǎo)體行業(yè)，工藝主要由兩方面組成：設(shè)備、材料。其中，半導(dǎo)體設(shè)備多為組裝生產(chǎn)，每一個(gè)零部件都可能決定一臺(tái)設(shè)備的性能進(jìn)而影響芯片制造的成敗。因此，零部件對(duì)于半導(dǎo)體設(shè)備能否實(shí)現(xiàn)性能指標(biāo)非常關(guān)鍵。代表性的如靜電卡盤(pán)、導(dǎo)軌、密封圈、軸承等。

圖片來(lái)源：富創(chuàng)精密

今天的主角，正是半導(dǎo)體制造中“身價(jià)不菲”的隱形功臣：氣體分配盤(pán)，一種十分關(guān)鍵的半導(dǎo)體設(shè)備零部件。

一把天價(jià)“花灑”

氣體分配盤(pán)，英文名Showerhead，又叫淋?chē)婎^，勻氣盤(pán)，也可翻譯為花灑。從外形看就像花灑，但它的價(jià)格可高達(dá)十萬(wàn)十幾萬(wàn)，比你家里浴室的花灑高多了。

圖片來(lái)源，大和熱磁

它的表面密密麻麻地分布著幾百上千個(gè)微小的通孔，如同精密編織的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能精準(zhǔn)控制氣體流量與噴射角度，確保晶圓加工的每一寸都均勻“沐浴”在工藝氣體中，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

它貫穿于清洗、刻蝕、沉積等關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)，直接影響半導(dǎo)體工藝精度和產(chǎn)品質(zhì)量，是各類(lèi)氣體分配過(guò)程中的關(guān)鍵零部件。

氣體分配盤(pán)在CVD腔體中的位置

以在沉積環(huán)節(jié)為例，它的重要應(yīng)用有以下幾個(gè)方面：

（1）沉積薄膜：CVD常用于在襯底上沉積薄膜，例如硅氧化物（SiO2）、多晶硅（poly-Si）、金屬氧化物（例如二氧化鈦TiO2）等。氣體分配盤(pán)用于將不同的前驅(qū)體氣體（例如硅源、金屬有機(jī)前驅(qū)體等）混合并噴射到襯底表面，使其在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成所需的薄膜。

（2）生長(zhǎng)晶體：氣相生長(zhǎng)晶體是制備單晶硅片等材料的關(guān)鍵步驟。在CVD晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，氣體分配盤(pán)用于將材料的前驅(qū)體氣體輸送到反應(yīng)腔室中。通過(guò)控制氣體的流量、濃度和噴射速度等參數(shù)，使前驅(qū)體氣體在合適的條件下沉積在襯底上，并形成單晶晶體結(jié)構(gòu)。

（3）控制反應(yīng)環(huán)境：氣體分配盤(pán)還用于控制反應(yīng)腔室內(nèi)的氣氛和溫度。噴淋頭可以提供精確的氣體混合物，并在所需的位置產(chǎn)生均勻的氣體，確保反應(yīng)腔室內(nèi)的氣體分布均勻，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的沉積過(guò)程。

（4）滿足不同要求：通過(guò)優(yōu)化氣體分配盤(pán)的設(shè)計(jì)和操作參數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)CVD過(guò)程的精確控制，確保薄膜的均勻性、質(zhì)量和厚度一致性，從而滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域?qū)Π雽?dǎo)體材料的需求。

極致工藝：為何它貴如黃金？

在晶圓反應(yīng)過(guò)程中，氣體分配盤(pán)表面密布微孔（孔徑0.2-6 mm），通過(guò)精密設(shè)計(jì)的孔道結(jié)構(gòu)和氣體路徑，特種工藝氣體需要通過(guò)勻氣盤(pán)上成千上萬(wàn)個(gè)小孔后均勻沉積在晶圓表面，晶圓不同區(qū)域的膜層需保證高度均勻性和一致性。因此，氣體分配盤(pán)除對(duì)潔凈度、耐腐蝕性有極高要求外，對(duì)氣體分配盤(pán)上的小孔孔徑一致性、小孔內(nèi)壁毛刺有嚴(yán)苛要求，如孔徑尺寸公差和一致性標(biāo)準(zhǔn)差過(guò)大或任一內(nèi)壁存在毛刺，則會(huì)導(dǎo)致沉積膜層厚度不一，進(jìn)而直接影響設(shè)備工藝良率。

微孔結(jié)構(gòu)

氣體分配盤(pán)材質(zhì)有時(shí)為脆性材料（如單晶硅、石英玻璃、陶瓷），外力作用下很容易產(chǎn)生斷裂。又是微孔50倍徑以內(nèi)的超深孔，無(wú)法直接觀察到切削的情況，并且切削熱不易傳出、排屑困難，容易因切屑阻塞導(dǎo)致鉆頭斷裂。因而其加工制備十分不易。

此外，在等離子體輔助工藝（如PECVD、干法刻蝕）中，噴淋頭作為電極的一部分，還要通過(guò)射頻電源產(chǎn)生均勻電場(chǎng)，促進(jìn)等離子體均勻分布，從而提升刻蝕或沉積的均勻性。

選材很關(guān)鍵

由于半導(dǎo)體制造過(guò)程中使用的氣體可能具有高溫、高壓或腐蝕性，噴淋頭通常采用耐腐蝕材料，在實(shí)際生產(chǎn)中，因?yàn)槭褂玫膱?chǎng)景及實(shí)際要求的精度不同，目前氣體分配盤(pán)可以根據(jù)其材料組成分為以下兩大類(lèi)：

（1）金屬氣體分配盤(pán)

金屬氣體分配盤(pán)的材質(zhì)包括鋁合金、不銹鋼和鎳金屬等，其中使用最廣泛的金屬氣體分配盤(pán)材質(zhì)是鋁合金，因?yàn)槠渚哂辛己玫膶?dǎo)熱性能，同時(shí)具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，同時(shí)其來(lái)源廣泛，且易于加工。

（2）非金屬氣體分配盤(pán)

非金屬氣體分配盤(pán)的材質(zhì)包括單晶硅、石英玻璃和陶瓷材料等。其中常用的陶瓷材料又有CVD-SiC、氧化鋁陶瓷、氮化硅陶瓷等。

國(guó)產(chǎn)突圍：何時(shí)摘下這顆“明珠”？

根據(jù)HengCe 調(diào)研顯示，2023年全球半導(dǎo)體噴淋頭市場(chǎng)規(guī)模大約為10.99億美元，預(yù)計(jì)2030年將達(dá)到17.96億美元，2024-2030期間年復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）為7.1%。

圖片來(lái)源：盾源聚芯

全球半導(dǎo)體噴淋頭核心廠商有Lam Research (Silfex Inc.)、Hana Materials Inc.、應(yīng)用材料、Worldex Industry & Trading和京鼎精密等，前五大廠商占有全球大約78%的份額。亞太是最大的市場(chǎng)，占有大約60%份額，之后是北美和歐洲，分別占有32%和7%的市場(chǎng)份額。

國(guó)內(nèi)主要有杭州大和、富創(chuàng)精密、江豐電子、靖江先鋒、盾源聚芯等零部件廠商涉及該領(lǐng)域，但整體國(guó)產(chǎn)化水平仍較低，高端產(chǎn)品仍依賴進(jìn)口。

參考來(lái)源：半導(dǎo)體設(shè)備資訊、刀界、華福證券研究所、粉體網(wǎng)

（中國(guó)粉體網(wǎng)/山川）

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