陶瓷接合体、其制造方法以及半导体晶片用陶瓷结构体技术

本发明专利技术涉及陶瓷接合体和它的制造方法，以及半导体晶片用陶瓷结构体的发明专利技术，特别涉及电热板（陶瓷加热器）和静电夹头、晶片检测器等用于半导体制造装置和检测装置的陶瓷接合体材料，其基本特征是：所述陶瓷接合体是接合了２个或２个以上同种或不同种类的陶瓷体而获得的接合体，一方面在各陶瓷体的接合界面上，存在有以所述界面为中心晶粒长入到两侧陶瓷体中的陶瓷晶粒，另一方面所述接合界面没有烧结助剂浓缩层。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及陶瓷接合体和它的制造方法、半导体晶片用陶瓷结构体的专利技术，特别涉及电热板(陶瓷加热器)和静电夹头、晶片检测器等用于半导体制造装置和检测装置的陶瓷接合体材料，并主要提供陶瓷基板和保护导电体用陶瓷体的接合结构的方案。为了解决这些问题，开发了用氮化铝等的陶瓷基板代替金属制基板的加热器。例如美国专利第5231690号等的方案就是这种陶瓷加热器的示例。这种陶瓷加热器是由加热半导体晶片的陶瓷基板和保护陶瓷基板内的电阻发热元件的供电用导电体的陶瓷体构成。因此用这种陶瓷加热器必须要有陶瓷基板和陶瓷体的接合技术，例如专利第2783980号等公开了陶瓷基板和陶瓷体的接合技术。可是如图2所示，美国专利第5231690号公开的陶瓷加热器由于保护供电用导电体40的陶瓷体30设置在晶片处理(加热处理)的范围内，陶瓷基板1的热被陶瓷体30夺走，存在容易使陶瓷基板的晶片加热面温度不均匀的问题。专利第2783980号公开的技术，由于在接合界面存在有高浓度的烧结助剂层，因此使接合强度出乎意料地降低。再有在此文献中，认为由于接合界面存在有高浓度的烧结助剂层，可以得到高的接合强度。可是本专利技术者对此有不同的看法，下面对此内容做详细说明。本专利技术的目的是提供在同种或不同种类的陶瓷体接合时，接合强度高、接合部位性能不恶化的陶瓷接合体和它的制造方法的技术。本专利技术的另一个目的是提供一种实用的可以在晶片处理面使温度分布均匀，同时与保护供电用导电体的陶瓷体接合良好的半导体晶片用的陶瓷结构体。1.陶瓷接合体，其特征是，所述陶瓷接合体是接合了2个或2个以上同种或不同种类陶瓷体的接合体，一方面在各陶瓷体的接合界面上，存在有以所述界面为中心晶粒长入到两侧陶瓷体中的陶瓷晶粒，另一方面所述接合界面没有烧结助剂层。2.陶瓷接合体，其特征是，所述陶瓷接合体是接合了2个或2个以上同种或不同种类陶瓷体的接合体，一方面在各陶瓷体的接合界面上，存在有以所述界面为中心晶粒长入到两侧陶瓷体中的陶瓷晶粒，另一方面所述接合界面没有烧结助剂层，而且在距所述接合界面3mm范围内的各陶瓷体中所含的烧结助剂，其最高浓度Ch和最低浓度Cl之比Ch/Cl在1～100范围内。3.陶瓷接合体，其特征是，所述陶瓷接合体是接合了2个或2个以上同种或不同种类陶瓷体的接合体，一方面在各陶瓷体的接合界面上，存在有以所述界面为中心晶粒长入到两侧陶瓷体中的陶瓷晶粒，另一方面所述接合界面没有烧结助剂层，而且以所述界面为中心的一侧陶瓷体中的烧结助剂浓度比接合界面的烧结助剂浓度高，在以所述界面为中心的另一侧陶瓷体中的烧结助剂浓度比接合界面的烧结助剂浓度低。4.上述1至3任一项所述的陶瓷接合体，其特征为至少有一个陶瓷体含有烧结助剂和/或50～5000ppm的碳。5.陶瓷接合体的制造方法，其特征为在制造接合有2个或2个以上同种或不同种类陶瓷体的陶瓷接合体时，在接合界面涂覆浓度为0.3摩尔/升～1摩尔/升的烧结助剂溶液，并在超过1840℃的温度烧结。6.陶瓷接合体的制造方法，其特征为在接合2个或2个以上同种或不同种类陶瓷体时，需要接合的一侧陶瓷体中含有烧结助剂，而另一侧陶瓷体中不含烧结助剂，或者与所述的一侧陶瓷体中的烧结助剂含量相比，另一侧陶瓷体中的烧结助剂含量较低；然后使这些陶瓷体彼此接触后烧结。7.上述第6项所述的陶瓷接合体的制造方法，其特征为所述陶瓷基板中烧结助剂的含量为0.5％至20％，陶瓷体中烧结助剂的含量为0至10％。8.半导体晶片用陶瓷结构体，其特征为具有内部有导电体的陶瓷基板和在内部与所述基板内导电体电连接的供电用导电体，而且在所述陶瓷基板和对接的陶瓷体构成的陶瓷结构体中，所述陶瓷体与所述陶瓷基板的半导体晶片处理区域外的部分接合。9.上述第8项所述的半导体晶片用陶瓷结构体，其特征为所述半导体晶片处理区域是与半导体晶片相对的所述陶瓷基板的面。10.上述第8或9项所述的半导体晶片用陶瓷结构体，其特征为所述陶瓷基板和陶瓷体是由氮化物陶瓷、氧化物陶瓷和碳化物陶瓷中的至少一种或一种以上的陶瓷构成的。11.上述第8至10项任一项所述的半导体晶片用陶瓷结构体，其特征为是在100～700℃的温度范围内使用的半导体晶片用陶瓷结构体。12.半导体晶片用陶瓷结构体，其特征为具有内部有导电体的陶瓷基板和内部与所述基板内导电体电连接的供电用导电体，而且在所述陶瓷基板和对接的陶瓷体构成的陶瓷结构体中，在各陶瓷体的接合界面上，存在有以所述界面为中心晶粒长入到两侧陶瓷体中的陶瓷晶粒，另一方面所述接合界面没有烧结助剂层。13.上述第12项所述的陶瓷结构体，其特征为在距所述接合界面3mm范围内的各陶瓷体中所含的烧结助剂，其最高浓度Ch和最低浓度Cl之比Ch/Cl在1～100范围内。14.上述第12或13项所述的半导体晶片用陶瓷结构体，其特征为以接合界面为中心的一侧陶瓷体中的烧结助剂浓度比所述接合界面的烧结助剂浓度高，另一方面在以所述界面为中心的另一侧陶瓷体中的烧结助剂浓度比接合界面的烧结助剂浓度低。15.上述第14项所述的半导体晶片用陶瓷结构体，其特征为所述陶瓷基板的烧结助剂含量为0.5～20％，除去接合界面附近的保护用陶瓷体中的烧结助剂含量为0～10％。具体实施例方式本专利技术提供了接合2个或2个以上同种或不同种类陶瓷体的陶瓷接合体，其特征是一方面在各陶瓷体的接合界面上，存在有以所述界面为中心晶粒长入到两侧陶瓷体中的陶瓷生长晶粒，另一方面所述接合界面没有烧结助剂的浓缩层。在这样的陶瓷接合体的接合界面，生长的陶瓷晶粒相互向另一方扩散生长晶粒并以跨越两个陶瓷体的状态存在，其结果不通过粘合剂也能使陶瓷体彼此牢固接合。因此，其特征是在用这样的方式接合的陶瓷接合体，其接合界面的烧结助剂层，也就是高浓度的烧结助剂层(富含烧结助剂的层、烧结助剂的浓缩层)实际上是不存在的。如后所述，根据专利技术人的试验，实际上即使用电子显微镜在接合界面也找不到浓的(局部存在的)烧结助剂，即使用X射线萤光法测试界面附近的烧结助剂含量，在接合界面和陶瓷体内部之间也不能认为有明显差异。也就是在陶瓷体中存在烧结助剂，而令人吃惊的是原来认为用于接合存在的接合界面，完全看不到烧结助剂在局部浓缩的状态。可是根据专利技术人的研究，与现有技术说明的情况不同，如果在接合界面使烧结助剂在局部浓缩的话，此部分会显著变脆，因此即使晶粒之间相互交织在一起，但该烧结助剂层的部分也容易成为破坏源。本专利技术的另一个实施方式是提供接合2个或2个以上同种或不同种类陶瓷体的陶瓷接合体，其特征是一方面在各陶瓷体的接合界面上，存在有以所述界面为中心晶粒长入到两侧陶瓷体中的陶瓷生长晶粒，另一方面所述接合界面没有高浓度的烧结助剂层，而且在距所述接合界面3mm范围内的各陶瓷体中所含的烧结助剂的量，其最高浓度Ch和最低浓度Cl之比Ch/Cl在1～100范围内。在这种情况下，优选所述接合界面的烧结助剂浓度Cm为处于Ch和Cl之间的值。如果Ch和Cl实际上是相同的值的话，那么在接合界面上烧结助剂浓度Cm实际上也与这些值相同。此外优选Ch和Cl分别存在于夹持接合界面的相对一侧的陶瓷体中。陶瓷体中所含的烧结助剂的最高浓度Ch和最低浓度Cl的比Ch/Cl为1～100，而1.1～25是较好的，此比率小于1时将没有无意义，而本文档来自技高网...

【技术保护点】
陶瓷接合体，其特征是，所述陶瓷接合体是接合了２个或２个以上同种或不同种类陶瓷体的接合体，一方面在各陶瓷体的接合界面上，存在有以所述界面为中心晶粒长入到两侧陶瓷体中的陶瓷晶粒，另一方面所述接合界面没有烧结助剂层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：伊藤康隆，杉本圭三，尾崎淳，杉野顺一，
申请(专利权)人：揖斐电株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]