干法刻蚀与Showerhead（匀气盘/气体分配盘）的关系解析
2025/7/28 16:38:52   来源：    点击：31

一、干法刻蚀的核心原理与工艺需求

干法刻蚀通过等离子体或高能离子束实现材料去除，其核心原理包含：

1. 物理轰击：利用电场加速离子，使其撞击晶圆表面，通过能量转移剥离原子（如溅射刻蚀）。

2. 化学反应：等离子体中的活性原子团与材料发生反应，生成挥发性物质（如化学性刻蚀）。

3. 物理化学协同：结合物理轰击与化学反应，实现高方向性（各向异性）和高选择性（如反应离子刻蚀RIE）。

工艺需求：

· 均匀性：等离子体需均匀覆盖晶圆表面，确保刻蚀速率一致。

· 方向性：离子束需垂直轰击，避免侧向侵蚀（侧蚀）。

· 材料兼容性：适配硅、金属、介质等全谱系材料。

二、Showerhead在干法刻蚀中的功能与作用

Showerhead（喷淋头）是干法刻蚀设备的核心部件，其功能包括：

1. 气体分配：通过密集微孔阵列，将刻蚀气体均匀喷射至晶圆表面，形成稳定的等离子体场。

2. 电磁场约束：作为上电极，通电后形成电磁场，加速和约束等离子体，控制离子能量与分布。

3. 温度控制：部分Showerhead集成冷却系统，防止局部过热导致材料损伤。

关键设计参数：

· 微孔均匀性：孔径、间距需高度一致，确保气体喷射均匀性≤±5%。

· 材料选择：采用单晶硅或特种陶瓷，耐高温、耐腐蚀，减少金属污染。

· 结构优化：通过流场模拟优化微孔排列，提升气体分布均匀性。

三、干法刻蚀与Showerhead的技术协同性

1. 刻蚀均匀性依赖Showerhead设计
Showerhead的微孔均匀性直接影响气体分布，进而决定等离子体密度均匀性。例如，在3D NAND存储器刻蚀中，深宽比达60:1的通孔需高度均匀的等离子体场，否则会导致刻蚀速率差异，引发器件失效。

2. 高精度刻蚀需求推动Showerhead迭代
随着制程节点向5nm以下演进，刻蚀需实现纳米级线宽控制（如FinFET鳍片高度均匀性±1.2%）。这要求Showerhead微孔精度达微米级，且材料纯度≥9N（99.9999999%），以减少金属杂质污染。

3. 新型材料刻蚀拓展Showerhead应用场景
高k介质、钴互连等新型材料需特定气体组合实现选择性刻蚀。例如，钴刻蚀需采用Cl₂/BCl₃混合气体，Showerhead需优化气体混合效率，确保反应产物及时抽离，避免二次沉积。

四、产业案例：安徽博芯微的Showerhead技术突破

安徽博芯微半导体科技有限公司专注于半导体核心部件研发，其Showerhead产品具备以下优势：

1. 高精度制造：通过化学机械抛光（CMP）和激光打孔技术，实现微孔直径偏差≤0.1μm，均匀性≤±3%。

2. 材料创新：采用单晶硅材料，表面镀类金刚石（DLC）涂层，耐等离子体侵蚀寿命提升3倍。

3. 工艺适配性：产品覆盖28nm至3nm制程需求，支持RIE、ICP等主流刻蚀设备，已进入中芯国际、长江存储等供应链。

五、未来趋势：干法刻蚀与Showerhead的协同进化

1. 更高深宽比刻蚀：
3D集成技术（如3D NAND层数突破500层）需刻蚀深宽比>80:1的结构。Showerhead需优化气体喷射角度，增强侧壁保护气体流量，减少侧蚀。

2. 原子级精度刻蚀：
EUV光刻技术推动制程向1nm演进，刻蚀需实现原子级控制。Showerhead需集成实时监测系统，动态调整气体流量，补偿等离子体波动。

3. 绿色制造需求：
全球半导体产业碳排放目标倒逼工艺优化。Showerhead需降低气体消耗量（如采用脉冲式喷射），同时提升反应效率，减少废气处理成本。

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服务，产品主要包括Shower head、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：

· 半导体产业技术报告（2025）

· 安徽博芯微半导体科技有限公司官方技术白皮书

· 《集成电路制造工艺原理》（第三版，电子工业出版社）

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