Showerhead表面处理：抗腐蚀到功能化的跨越
2025/9/12 11:56:17   来源：    点击：53

引言

在半导体制造的极端环境下，Showerhead需同时承受高温（>600℃）、等离子体轰击和腐蚀性气体（如Cl₂、BCl₃）侵蚀。表面处理技术不仅决定其使用寿命，更直接影响晶圆良率。从硬质阳极氧化到复合涂层，材料科学的突破正在重塑这一核心部件的性能边界。

一、金属Showerhead的表面处理进化

1.硬质阳极氧化：铝合金的防护盾

6061-T6铝合金经硫酸电解液处理后，表面生成10-50μm厚的Al₂O₃氧化膜，硬度达HV800-1000，耐腐蚀性提升10倍。博芯微的阳极氧化工艺通过脉冲电流控制，使膜层厚度均匀性σ≤2μm，避免局部薄弱点。

2.类金刚石碳（DLC）涂层：摩擦学的革命

DLC涂层以sp³杂化碳为主，兼具金刚石的高硬度和石墨的自润滑性。在Showerhead的微孔内壁沉积DLC后，摩擦系数从0.3降至0.05，显著减少气体流动阻力。Entegris的测试表明，DLC涂层可使Showerhead寿命从3,000小时延长至8,000小时。

二、非金属Showerhead的功能化涂层

1.氧化钇（Y₂O₃）涂层：等离子体环境的守护者

在PECVD设备中，Y₂O₃涂层通过抑制等离子体诱导的溅射腐蚀，将Showerhead寿命提升至12,000小时。日本Ferrotec采用磁控溅射技术，使Y₂O₃涂层与SiC基体结合强度达50MPa，远超化学气相沉积（CVD）的20MPa。

2.氧化铝-氮化硅复合涂层：高温稳定的终极方案

针对MOCVD反应腔的极端环境（1,200℃、H₂/NH₃腐蚀），氧化铝-氮化硅复合涂层通过梯度结构设计，实现热膨胀系数匹配。中微公司的产品数据显示，该涂层可使Showerhead在1,000次热循环后无剥落，颗粒缺陷密度<0.05个/cm²。

三、新兴表面处理技术的前沿探索

1.原子层沉积（ALD）技术：纳米级精准控制

ALD通过自限制反应实现单原子层沉积，可制备厚度<10nm的均匀涂层。TEL的ALD-Al₂O₃涂层将Showerhead的颗粒污染降低90%，满足5nm以下制程要求。

2.激光表面纹理化：流体力学的优化

通过飞秒激光在Showerhead表面制备微纳结构，可降低气体流动阻力20%。ASML的仿真显示，纹理化表面使气体喷射速度标准差从8%降至3%。

安徽博芯微半导体科技有限公司，为核心组件提供高精度Showerhead（喷淋头/匀气盘/气体分配盘）服务，产品主要包括Showerhead、Face plate、Blocker Plate、Top Plate、Shield、Liner、pumping ring、Edge Ring等半导体设备核心零部件，产品广泛应用于半导体、显示面板等领域，性能卓越，市场认可度高。

结论

表面处理技术正从单一防护向功能化、智能化方向发展。随着3D NAND层数突破600层和EUV光刻机的普及，Showerhead的涂层技术需同时满足耐温性、抗腐蚀性和颗粒控制的严苛要求。预计到2027年，全球高端Showerhead市场中，功能化涂层产品的占比将从目前的35%提升至60%，而中国厂商在DLC和ALD涂层领域的技术突破，将成为国产替代的关键突破口。

内容来源：

中国半导体行业协会《零部件国产化白皮书（2023）》

Lam Research、TEL、中微公司技术白皮书

《Surface & Coatings Technology》期刊论文《Advanced Surface Modifications for Semiconductor Showerheads》