在半导体制造的精密世界中，Showerhead（喷淋头/气体分配盘）作为气体分配系统的核心部件，其性能直接决定了晶圆表面薄膜沉积的均匀性、刻蚀精度及等离子体分布的稳定性。随着先进制程向3nm及以下节点推进，Showerhead的制造技术正面临前所未有的挑战，而全球企业正通过材料创新、工艺突破与智能化升级，重新定义这一“小孔大技术”的极限。
一、材料革命：从金属到陶瓷的跨越
Showerhead的材料选择需兼顾耐高温、抗腐蚀与热膨胀匹配性。传统铝合金（如6061-T6）因导热性好、加工成本低，仍广泛应用于中低端制程；但在高端领域，镍基合金与钛合金凭借更强的抗等离子体轰击能力，逐渐成为主流。例如，应用材料公司（Applied Materials）的ALD（原子层沉积）设备中，Showerhead采用钛合金基材，配合ALD涂层技术，将耐腐蚀寿命从500小时提升至2000小时以上。
非金属材料的崛起更为显著。碳化硅（CVD-SiC）、氮化铝（AlN）及高纯度陶瓷因耐高温性（>600℃）与热膨胀系数接近硅晶圆，被广泛应用于极紫外光刻（EUV）与原子层沉积（ALD）等关键工艺。以东京电子（TEL）的EUV Showerhead为例，其采用CVD-SiC材料，通过优化孔径分布与流道设计，使晶圆边缘与中心区域的薄膜厚度偏差从±3%降至±0.8%，显著提升良率。
二、微孔加工：从微米到亚微米的突破
Showerhead的微孔阵列是其核心功能单元。12英寸晶圆对应的Showerhead需布满10万级微孔，孔径趋近30μm，孔密度达1200孔/cm²，且喷气角度需精确控制以避免气体湍流。传统机械钻孔与电火花加工（EDM）因热影响区（HAZ）大、效率低，已难以满足需求。
飞秒激光冷加工成为颠覆性技术。其超短脉冲（<10⁻¹⁵秒）实现“无热损伤”加工，孔壁粗糙度Ra<0.2μm，孔径偏差≤±1μm，且可加工CVD-SiC等高硬度材料。安徽博芯微半导体科技有限公司通过“激光+磨削”复合工艺，将孔壁垂直度提升至90°±0.5°，满足5nm制程需求。此外，原子层沉积（ALD）技术通过自限性表面反应，实现纳米级孔径修正——每沉积100周期（约10nm）SiO₂可使孔径缩小0.2μm，修正精度达±0.05μm。
三、智能化与国产化：从成本到生态的变革
尽管飞秒激光与ALD技术显著提升了性能，但其高成本（设备单价超500万美元）与低效率（单台日产能5-10片）仍是瓶颈。为此，行业正探索三大方向：
1.空间ALD技术：通过多前驱体并行喷射，将沉积速率提升至1μm/min，成本降低60%；
2.AI仿真优化：利用ANSYS Fluent结合机器学习，缩短气体流道设计周期30%以上；
3.国产替代加速：国内企业设备的自主化，推动产业链国产化率从15%提升至40%。
四、未来展望：从工具到生态的进化
Showerhead的制造正从单一部件优化向系统级解决方案演进。随着材料科学、智能制造与AI技术的深度融合，Showerhead将向更高精度、更低成本、更智能化的方向演进，为半导体产业持续创新提供关键支撑。
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。
内容来源：
东京电子（TEL）技术白皮书《ALD在Showerhead制造中的应用》
泛林集团（Lam Research）《半导体设备核心零部件加工技术》
皖公网安备34070602000025号