一种全氮化铝陶瓷加热结构器件及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种全氮化铝陶瓷加热结构器件及其制备方法。包括氮化铝导体以及将氮化铝导体包覆在内的氮化铝绝缘陶瓷。氮化铝绝缘陶瓷形成对氮化铝导体绝缘保护，氮化铝导体进行图形化设计，与氮化铝绝缘陶瓷共烧一体，紧密相互共融热压烧结为一体。其具有低热容、能耗低而热辐射系数高、导致电热效率高、热膨胀系数小、高温不变形、重量轻、功率大、节能、无污染、安全可靠等优异特点，能够满足现代半导体制造科技创新中对加热结构器件的技术需求。制造科技创新中对加热结构器件的技术需求。制造科技创新中对加热结构器件的技术需求。

【技术实现步骤摘要】
一种全氮化铝陶瓷加热结构器件及其制备方法

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[0001]本专利技术属于氮化铝陶瓷
，特别涉及一种全氮化铝陶瓷加热结构器件及其制备方法。

技术介绍
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[0002]氮化铝陶瓷(Aluminium Nitride Ceramic)是一种综合性能优良的新型陶瓷材料，是新一代半导体制造、电子器件封装的理想材料，其性能优良：具有高热导率(理论热导率为320W/m.k)、高电绝缘性、低介电常数和损耗、无毒以及与硅相匹配的热膨系数，随着半导体制造、电子信息和电力电子技术不断地向高集成化、高速度化、微型化、智能化的方向发展，并且在大规模集成电路(LSI)制造工艺中广为应用，对氮化铝陶瓷材料的应用开发越为广泛。
[0003]氮化铝除了拥有完美的热传导，也具有显著的抗氟氧腐蚀、优秀的热震阻抗能力、耐久性以及均匀热分布等，使其在半导体工艺制程中广泛应用。随着大规模集成电路设备和在半导体制造技术的创新，氮化铝材料优异的chucking及de
‑
chucking响应，温度均匀热分布，使用氮化铝陶瓷静电吸盘(ESC)和加热盘的设备种类越来越多，诸如如离子注入、干式蚀刻、晶圆检测等，是半导体CVD、PECVD等工艺过程中必需材料，尤其是在氮化铝陶瓷静电吸盘、加热器件中，采用何种导体材料为氮化铝载体通电的发热器件越来越重要。
[0004]目前制造氮化铝陶瓷加热器件的工艺有如下几种：钨浆厚膜高温共烧工艺(HTCC)；在氮化铝内填埋钨丝；氮化铝表面厚膜印刷加热电路。上述工艺中传统金属导体加热体存在以下不足之处：1、金属电阻密度高，热容量较高，需要较大功率。2、金属电阻与绝缘陶瓷共烧，有较大的介电损耗，加热不均匀，使用寿命短。3、金属电阻与绝缘陶瓷不能均匀烧结，使用过程中，绝缘陶瓷容易炸裂。4、电热效率低，温度高时，电阻增大，功率下降，耗电大。5、绝缘结构陶瓷内置金属电阻，温度均匀性难以保障，同一温度温度差大，难以在温差精度要求高的场景使用，如半导体制造、特殊工业加热场景等。
[0005]如何让氮化铝坯体和导电坯体进行相互交织、互相侵润，在不同材质的交界面更好地相互融合，使氮化铝陶瓷加热器件能够满足现代半导体制造科技创新中对加热结构器件的技术需求，是需要解决的问题。
[0006]公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

技术实现思路
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[0007]本专利技术的目的在于提供一种全氮化铝陶瓷加热结构器件及其制备方法，从而克服上述现有技术中的缺陷。
[0008]为实现上述目的，本专利技术提供了一种全氮化铝陶瓷加热结构器件的制备方法，其步骤为：
[0009]S01：将重量百分比为94～99wt％的氮化铝粉体、1～6wt％的助烧剂与有机溶剂、
粘结剂、分散剂通过球磨机混合，得到第一混合浆料；
[0010]S02：对第一混合浆料进行离心雾化造粒，得到具有一定球形度的第一粉体；
[0011]S03：将重量百分比为57～89wt％的氮化铝粉体、10～40wt％的金属粉体、1～3wt％的助烧剂与有机溶剂、粘结剂、分散剂通过球磨机混合，得到第二混合浆料；
[0012]S04：将第二混合浆料进行真空除泡处理，得到混合物，对混合物进行后处理，经过破碎造粒工艺，得到具有一定球形度的第二粉体；
[0013]S05：将第二粉体进行压制成型，制备出具有一定形状和尺寸的第一素坯；
[0014]S06：将第一素坯置于排胶炉中进行排胶处理，以排除第一素坯中的有机物，从而获得不含残余碳的陶瓷素坯；
[0015]S07：将排胶后的陶瓷素坯置于高温炉中，在氮气气氛下进行高温烧制，得到共晶化的氮化铝基导电陶瓷材料；
[0016]S08：将第一粉体进行压制成型，形成底层，将氮化铝基导电陶瓷材料通过压制固定在底层中，然后通过第一粉体包覆氮化铝基导电陶瓷材料，形成三明治结构，将三明治结构进行压制成型，得到第二素坯；
[0017]S09：将第二素坯放置在高温炉中，在氮气气氛下进行高温烧制，得到共晶全氮化铝陶瓷加热结构器件。
[0018]优选地，技术方案中，氮化铝粉体为碳还原法粉体或直接氮化法生成的粉体；金属粉体为Ti、Mo、Ta、W、Ni、Co、Dy2O3中任意一种或任意几种以任意比列混合的混合物；助烧剂为Y2O3、CaO、Li2O、YF3和CaF2中的任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物。
[0019]优选地，技术方案中，有机助剂包括有机溶剂、粘结剂、分散剂，其中有机溶剂为丁酮和/或无水乙醇，粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛(PVB)，分散剂为鱼油、蓖麻油或三油酸甘油脂(GTO)中的任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物。
[0020]优选地，技术方案中，步骤S01中助烧剂的配比量占粉体总质量的比重不超过7％。
[0021]优选地，技术方案中，步骤S01中在球磨机上，通过湿法球磨的方式将其混合成具有一定粘度的均匀的流动性好的浆料，湿法球磨的时间一般在5
‑
20h。
[0022]优选地，技术方案中，步骤S02中第一混合浆料放入喷雾造粒塔中，在喷雾造粒塔的进口温度为150℃
‑
200℃下进行离心雾化造粒后形成一定球形度的粉体球。
[0023]优选地，技术方案中，步骤S03中助烧剂的配比量占粉体总质量的比重不超过7％、金属粉体的配比量占粉体总质量的比重在10％
‑
40％。
[0024]优选地，技术方案中，步骤S03中在球磨机上，通过湿法球磨的方式将其混合成具有一定粘度的均匀的流动性好的浆料，湿法球磨的时间一般在10
‑
30h。
[0025]优选地，技术方案中，步骤S04中将真空除泡处理后的混合物放入高真空烘干装置中，进行烘干处理，加热器温度设置在≤150℃下，真空度设置在≤0.01Mpa。
[0026]优选地，技术方案中，步骤S04中将破碎造粒后的粉末进行过筛处理，制备成具有一定球形度的第二粉体，第二粉体粒径在60
‑
200目。
[0027]优选地，技术方案中，步骤S06中在≤800℃的温度下，氮气气氛中进行排胶处理。
[0028]优选地，技术方案中，步骤S07中依据陶瓷配方的不同，在石墨烧结炉或金属真空烧结炉内，在氮气气氛下在1600℃
‑
1860℃温度范围内进行高温烧成，烧结时间为4
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6h，获得共晶氮化铝基导电陶瓷材料。
[0029]优选地，技术方案中，步骤S08前对氮化铝基导电陶瓷材料进行对应图形的加工，氮化铝基导电陶瓷材料经过粗磨、切割分片、导电图形加工后，根据设计阻值的大小，分区对氮化铝导电陶瓷进行阻值的测试，然后根据实际阻值的情况再进行微量抛光，确保所有区域的导电图形上的阻值达到一致。
[0030]优选地，技术方案中，步骤S09中将第二素坯置于热压烧结炉中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种全氮化铝陶瓷加热结构器件的制备方法，其步骤为：S01：将重量百分比为94～99wt％的氮化铝粉体、1～6wt％的助烧剂与有机溶剂、粘结剂、分散剂通过球磨机混合，得到第一混合浆料；助烧剂为Y2O3、CaO、Li2O、YF3和CaF2中的任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物；S02：对第一混合浆料进行离心雾化造粒，得到具有一定球形度的第一粉体；S03：将重量百分比为57～89wt％的氮化铝粉体、10～40wt％的金属粉体、1～3wt％的助烧剂与有机溶剂、粘结剂、分散剂通过球磨机混合，得到第二混合浆料；金属粉体为Ti、Mo、Ta、W、Ni、Co、Dy2O3中任意一种或任意几种以任意比列混合的混合物；助烧剂为Y2O3、CaO、Li2O、YF3和CaF2中的任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物；S04：将第二混合浆料进行真空除泡处理，得到混合物，对混合物进行后处理，经过破碎造粒工艺，得到具有一定球形度的第二粉体；S05：将第二粉体进行压制成型，制备出具有一定形状和尺寸的第一素坯；S06：将第一素坯置于排胶炉中进行排胶处理，以排除第一素坯中的有机物，从而获得不含残余碳的陶瓷素坯；S07：将排胶后的陶瓷素坯置于高温炉中，在氮气气氛下进行高温烧制，得到共晶化的氮化铝基导电陶瓷材料；S08：将第一粉体进行压制成型，形成底层，将氮化铝基导电陶瓷材料通过压制固定在底层中，然后通过第一粉体包覆氮化铝基导电陶瓷材料，形成三明治结构，将三明治结构进行压制成型，得到第二素坯；S09：将第二素坯放置在高温炉中，在氮气气氛下进行高温烧制，得到共晶全氮化铝陶瓷加热结构器件。2.根据权利要求1所述的全氮化铝陶瓷加热结构器件的制备方法，其特征在于：氮化铝粉体为碳还原法粉体或直接氮化法生成的粉体。3.根据权利要求1所述的全氮化铝陶瓷加热结构器件的制备方法，其特征在于：有机溶剂为丁酮和/或无水乙醇，粘结剂为聚乙烯醇缩丁醛，分散剂为鱼油、蓖麻油或三油酸甘油脂中的任意一种或任意几种以任意比例混合的混合物。4.根据权利要求1所述的全氮化铝陶瓷加热结构器件的制备方法，其特征在于：步骤S01中在球磨机上，通过湿法球磨的方式将其混合成具有一定粘度的均匀的流动性好的浆料，湿法球磨的时间一般在5
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20h。5.根据权利要求1所述的全氮化铝陶瓷加热结构器件的制备方法，其特征在于：步骤S02中第一混合浆料放入喷雾造粒塔中，在喷雾造粒塔的进口温度为150℃
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200℃下进行离心雾化造粒后形成一定球形度的粉体球。6.根据权利要求1所述的全氮化铝陶瓷加热...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，李丽霞，
申请(专利权)人：无锡海古德新技术有限公司，
类型：发明
国别省市：