【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及陶瓷材料，尤其涉及一種氮化鋁陶瓷基體和半導體制造裝置用加熱器及其制備方法。
技術介紹
1、氮化鋁作為制備半導體裝置用材料，其需要具備高的熱導率、足夠的機械強度、優異的抗熱震性能。此外，在高溫工藝裝置中，需要氮化鋁具備足夠高的電阻率，阻止裝置在使用時發生漏電。然而熱導率、機械強度和電阻率三個性能并不是完全孤立的，現有技術中很難通過一個方法使得三個性能指標都能得到提高。如增加機械強度和電阻率時，可能會導致熱導率的降低，因需要高的熱導率，機械強度下降，加熱器易于損壞。
技術實現思路
1、本專利技術提供一種氮化鋁陶瓷基體和半導體制造裝置用加熱器及其制備方法，以解決現有氮化鋁陶瓷基體很難實現機械強度、電阻率和熱導率三個性能指標都能得到提高的問題。
2、根據本專利技術的第一方面，本專利技術提供一種氮化鋁陶瓷基體，包含c、o、mg、ca、si、ti、y和f元素；其中，c/o的質量比為0.01-0.15；所述氮化鋁陶瓷基體中，mg的質量百分數為0.001-0.2%，ca的質量百分數為0.01-0.1%，si的質量百分數為0.001-0.2%，ti的質量百分數為0.002-0.1%，f的質量百分數為0.002-0.05%。
3、上述方案中，一種氮化鋁陶瓷基體包含c、o、mg、ca、si、ti、y和f元素，能使得兼具優異的高溫體積電阻率、機械強度和熱導率。
4、氮化鋁陶瓷基體中的c、o元素，c元素具有導電性和導熱性，氧在陶瓷中起著非常重要的作用，它能夠
5、氮化鋁陶瓷基體中的mg元素可以使陶瓷晶體結構發生改變，從而提高其晶格的穩定性和強度，鎂與陶瓷中的氧原子形成化學鍵，使晶體結構更加致密，增加了氮化鋁陶瓷基體的硬度和耐磨性。鎂還能改善陶瓷的熱穩定性和耐高溫性能，陶瓷材料在高溫下容易發生相變或熱膨脹，導致破裂或失去原有的性能，鎂的加入可以形成穩定的化合物，能夠抑制陶瓷材料的相變和熱膨脹，提高其熱穩定性和耐高溫性能。適量的鎂元素在陶瓷中形成導電性較好的相，改善陶瓷的導熱性和導電性，鎂還可以與一些有害物質發生化學反應，形成穩定的化合物，提高陶瓷的化學穩定性和耐腐蝕性。限定mg的質量百分數為0.001-0.2%，能更好地提高氮化鋁陶瓷基體的強度、硬度、化學穩定性和耐腐蝕性，改善氮化鋁陶瓷基體的熱穩定性、耐高溫性、導熱性、導電性。
6、氮化鋁陶瓷基體中的ti、ca、y元素能保證氮化鋁陶瓷基體在高溫時也具有較高的體積電阻率，在鋁酸釔相(例如y4al2o9(yam)、yalo3(yal)等)中固溶ca，則2價的ca會置換3價的y，從而因價數平衡關系而產生缺氧，氧離子傳導通路增加，體積電阻率降低，限定ca的質量百分數為0.01-0.1%，可以進一步降低體積電阻率。如果在鋁酸釔相中固溶ti，則4價的ti會置換3價的al，從而因價數平衡關系而填補缺氧，氧離子傳導通路減少。如果限定ti的質量百分數為0.002-0.1%，同時限定ca的質量百分數為0.01-0.1%，ti會適當地抑制由ca引起的氧離子傳導通路的增加，因此能夠提高aln陶瓷基體在高溫時的體積電阻率。ti的質量百分數優選為0.01-0.1%。
7、氮化鋁陶瓷基體中的si，能起到穩定體積電阻率的作用，使得aln陶瓷基體在高溫下的體積電阻率下降不明顯。限定si的質量百分數為0.001-0.2%，能更好地起到穩定體積電阻率的作用。si的質量百分數優選為0.06-0.1%。
8、氮化鋁陶瓷基體中的f，能與氮化鋁陶瓷基體中的化合物反應，在較寬的范圍內形成液相，促進陶瓷燒結致密，提高陶瓷的導熱性能，限定f的質量百分數為0.002-0.05%，能更有效提高氮化鋁陶瓷的導熱性能。f的質量百分數優選為0.02-0.03%。
9、進一步地，所述氮化鋁陶瓷基體以六方氮化鋁為主，還含有yag、yam和yap晶相中的一種或幾種。優選地，yag、yam和yap晶相中的一種或幾種占氮化鋁陶瓷基體的重量百分數為1-15%。
10、需要說明的是，yag是釔鋁石榴石的簡稱，化學式為y3al5o12，是由y2o3和al2o3反應生成的一種復合氧化物，屬立方晶系。yam為y4al2o9，yap為鋁酸釔yalo3。
11、上述方案中，晶相是陶瓷的主要組成相，在陶瓷中起骨架作用，它決定了陶瓷的主要性質，限定氮化鋁陶瓷基體以六方氮化鋁為主，六方氮化鋁是一種共價鍵化合物，具有熱導率高、介電常數低、電阻率高、無毒、與硅等半導體材料的熱膨脹系數相匹配以及化學穩定性和耐腐蝕等優點。氮化鋁陶瓷基體還含有yag、yam和/或yap晶相等其他晶相，這些晶相能賦予氮化鋁陶瓷基體更好的光學均勻性、機械性能、物化穩定性和熱導性。
12、進一步地，所述氮化鋁陶瓷基體在600℃時的體積電阻率≥1*e8?ω·cm，這樣能夠充分減小從發熱體向載置于氮化鋁陶瓷基體的晶片的漏電流。
13、進一步地，所述氮化鋁陶瓷基體的抗彎強度≥500?mpa。這樣的氮化鋁陶瓷基體充分地具有作為用于半導體制造裝置的結構部件所要求的強度。
14、進一步地，所述氮化鋁陶瓷基體的熱導率≥120?w/(m·k)。這樣能使載置于氮化鋁陶瓷基體的晶片的均熱性會得到提高。
15、本專利技術的氮化鋁陶瓷基體能夠用于靜電卡盤加熱器、陶瓷加熱器等半導體制造裝置用加熱器中。
16、根據本專利技術的第二方面，本專利技術還提供上述氮化鋁陶瓷基體的制備方法，包括如下步驟：
17、在氮化鋁原粉中先添加含c、o、ti、f的粉末原料混合均勻，再添加mgo-cao-al2o3-sio2復合粉末，同時添加y2o3粉末作為燒結助劑，混合均勻后形成氮化鋁混合粉末；
18、將氮化鋁混合粉末采用濕法造粒制成氮化鋁混合粉體；
19、氮化鋁混合粉體經過成形、燒結后形成氮化鋁陶瓷基體。
20、進一步地，所述氮化鋁原粉中c的質量百分數＜0.03%，o的質量百分數為0.6-0.9%，ca的質量百分數＜0.01%，si的質量百分數≤0.01%，ti的質量百分數≤0.01%，y的質量百分數≤0.01%，f的質量百分數≤0.01%；優選地，所述氮化鋁原粉中o的質量百分數為0.7-0.85%；
21、和/或，所述氮化鋁原粉的d50粒徑為0.5-2?μm。
22、上述方案中，通過選定合適雜質元素的氮化鋁原粉，能與其他原料粉末形成更好的協同增效作用，使制備得到氮化鋁陶瓷基體具有更優異的高溫體積電阻率、機械強度和熱導率。通過對氮化鋁原粉的d50粒徑進行合理限定，能與其他原料粉末更好地混合均勻，同時能制備得到理想粒徑的本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，包含C、O、Mg、Ca、Si、Ti、Y和F元素；其中，C/O的質量比為0.01-0.15；所述氮化鋁陶瓷基體中，Mg的質量百分數為0.001-0.2%，Ca的質量百分數為0.01-0.1%，Si的質量百分數為0.001-0.2%，Ti的質量百分數為0.002-0.1%，F的質量百分數為0.002-0.05%。
2.根據權利要求1所述的氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷基體以六方氮化鋁為主，還含有YAG、YAM和YAP晶相中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷基體在600℃時的體積電阻率≥1*E8?Ω·cm。
4.根據權利要求1所述的氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷基體的抗彎強度≥500?MPa。
5.根據權利要求1所述的氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷基體的熱導率≥120?W/(m·K)。
6.一種半導體制造裝置用加熱器，其特征在于，包括權利要求1-5任一項所述的氮化鋁陶瓷基體，所述氮化鋁陶瓷基體內部設置有用于加
7.權利要求6所述的半導體制造裝置用加熱器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述氮化鋁原粉中C的質量百分數＜0.03%，O的質量百分數為0.6-0.9%，Ca的質量百分數≤0.01%，Si的質量百分數≤0.001%，Ti的質量百分數≤0.001%，Y的質量百分數≤0.01%，F的質量百分數≤0.001%；優選地，所述氮化鋁原粉中O的質量百分數為0.7-0.85%；
9.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述濕法造粒采用的溶劑為無水乙醇，采用的粘結劑包括CMC、PVB、PVA中的一種或多種；
10.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述燒結是在真空或氮氣氣氛下燒結；所述燒結采用熱壓燒結；優選地，所述燒結的溫度為1700-1900℃，壓力為5-50?MPa，時間為0.5-150?h。
...【技術特征摘要】
1.一種氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，包含c、o、mg、ca、si、ti、y和f元素；其中，c/o的質量比為0.01-0.15；所述氮化鋁陶瓷基體中，mg的質量百分數為0.001-0.2%，ca的質量百分數為0.01-0.1%，si的質量百分數為0.001-0.2%，ti的質量百分數為0.002-0.1%，f的質量百分數為0.002-0.05%。
2.根據權利要求1所述的氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷基體以六方氮化鋁為主，還含有yag、yam和yap晶相中的一種或幾種。
3.根據權利要求1所述的氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷基體在600℃時的體積電阻率≥1*e8?ω·cm。
4.根據權利要求1所述的氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷基體的抗彎強度≥500?mpa。
5.根據權利要求1所述的氮化鋁陶瓷基體，其特征在于，所述氮化鋁陶瓷基體的熱導率≥120?w/(m·k)。
6.一種半導體制造裝置用加熱器，其特征在于，包括權利...
【專利技術屬性】
技術研發人員：請求不公布姓名，請求不公布姓名，請求不公布姓名，
申請(專利權)人：北京華卓精科科技股份有限公司，
類型：發明
國別省市：
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