中國粉體網(wǎng)訊  當(dāng)前，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已成為一個國家的先進(jìn)制造能力、科學(xué)技術(shù)強(qiáng)大的體現(xiàn)，對國家經(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)，每一個零部件都可能決定一臺設(shè)備的性能進(jìn)而影響芯片制造的成敗。因此，零部件對于半導(dǎo)體設(shè)備能否實現(xiàn)性能指標(biāo)非常關(guān)鍵。代表性的如靜電卡盤、導(dǎo)軌、密封圈、軸承等。

圖片來源：富創(chuàng)精密

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

一把天價“花灑”

氣體分配盤，英文名Showerhead，又叫淋噴頭，勻氣盤，也可翻譯為花灑。從外形看就像花灑，但它的價格可高達(dá)十萬十幾萬，比你家里浴室的花灑高多了。

圖片來源，大和熱磁

它的表面密密麻麻地分布著幾百上千個微小的通孔，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，是各類氣體分配過程中的關(guān)鍵零部件。

氣體分配盤在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）生長晶體：氣相生長晶體是制備單晶硅片等材料的關(guān)鍵步驟。在CVD晶體生長過程中，氣體分配盤用于將材料的前驅(qū)體氣體輸送到反應(yīng)腔室中。通過控制氣體的流量、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，從而實現(xiàn)穩(wěn)定的沉積過程。

（4）滿足不同要求：通過優(yōu)化氣體分配盤的設(shè)計和操作參數(shù)，可以實現(xiàn)對CVD過程的精確控制，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)過程中，氣體分配盤表面密布微孔（孔徑0.2-6 mm），通過精密設(shè)計的孔道結(jié)構(gòu)和氣體路徑，特種工藝氣體需要通過勻氣盤上成千上萬個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，氣體分配盤除對潔凈度、耐腐蝕性有極高要求外，對氣體分配盤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)差過大或任一內(nèi)壁存在毛刺，則會導(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)

氣體分配盤材質(zhì)有時為脆性材料（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，還要通過射頻電源產(chǎn)生均勻電場，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，在實際生產(chǎn)中，因為使用的場景及實際要求的精度不同，目前氣體分配盤可以根據(jù)其材料組成分為以下兩大類：

（1）金屬氣體分配盤

金屬氣體分配盤的材質(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材質(zhì)是鋁合金，因為其具有良好的導(dǎo)熱性能，同時具有較強(qiáng)的抗腐蝕能力，同時其來源廣泛，且易于加工。

（2）非金屬氣體分配盤

非金屬氣體分配盤的材質(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。

國產(chǎn)突圍：何時摘下這顆“明珠”？

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

圖片來源：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，占有大約60%份額，之后是北美和歐洲，分別占有32%和7%的市場份額。

國內(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，但整體國產(chǎn)化水平仍較低，高端產(chǎn)品仍依賴進(jìn)口。

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

（中國粉體網(wǎng)/山川）

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