内置导电体的陶瓷构件及其制造方法技术

本发明专利技术提供内置导电体的陶瓷基材，在陶瓷基材中内置有高熔点金属电极层的以往陶瓷基座，在内置电极层与Ｎｉ电极棒的接合部容易发生断裂、损坏等。若折损、剥离、断裂便无法修复，即使是昂贵的基座也常报废。本发明专利技术的陶瓷基材，用含有Ｂ的Ｓｉ合金层填埋陶瓷基材中的高熔点金属导电体的电极端子接合部露出面与电极端子以及陶瓷基材之间的间隙，来解决以往结构的耐氧化性、气密性，断裂，折损问题。还用含有２％以上的Ｍｎ的Ｓｉ合金层填埋电极端子接合部露出面与电极端子以及陶瓷基材之间的间隙来解决上述问题。还在导电体露出面上形成渗碳处理层或渗硼处理层，用Ｓｉ合金层填埋电极端子接合部露出面与电极端子以及陶瓷基材之间的间隙来解决上述问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在氮化物陶瓷基材中内置了由Mo、 W系金属等高熔点金属所构成 的导电体的陶瓷构件及其制造方法。 在本专利技术中，导电体是指流过电流或用来施加电压的Mo、W等高熔点金属发热体 及电极类、和其周边金属件类。例如，在陶瓷基材中，是指内置高熔点金属发热体的陶瓷加 热器的高熔点金属发热体本身、与该发热体接合且同样由高熔点金属所构成的金属件类、 高熔点金属的静电卡盘电极以及RF电极，或与这些构件的使用目的相同的电极类。 所谓高熔点金属发热体，是指使用高熔点金属本身制成的线状发热体，或对高熔 点金属粉末膏进行印刷烧成而制成的烧结发热体。另外，所谓高熔点金属电极，是指使用高 熔点金属本身的电极膜，或将高熔点金属线加工成筛网状的电极，或对高熔点金属粉末膏 进行印刷烧成而制成的烧结电极类等。 在本专利技术中，这些高熔点金属的发热体、电极类，以及其周边的高熔点金属的金属 件类，全部称为内置于陶瓷基材中的导电体。 本专利技术的导电体，是在未烧成的陶瓷基材中预先内置导电体，在对陶瓷基材进行 烧成时，通过同时烧结而内置于已经烧结的陶瓷基材中。 本专利技术的高熔点金属，是指即便在陶瓷烧成温度下，例如在A1N陶瓷中为 1700 190(TC下进行烧结，也不会熔融、变质的所有高熔点金属，例如Mo、 W等是其中的代表金属。 在本专利技术中，内置有加热器发热体、静电卡盘电极、RF电极，以及其它高熔点金属 电极类等的陶瓷基座类以及使用目的相同的构件，全部称为内置导电体的陶瓷构件。
技术介绍
硅晶片等半导体基板，通常会被载置于称为基座的处理台上，进行蚀刻、成膜等处理。 近年来，开发出一种在氮化铝基材中内置有加热器发热体、静电卡盘电极、RF电极 等的陶瓷制基座，并广泛使用。 这些加热器发热体、静电卡盘电极、RF电极等，在烧成基材陶瓷时，一起被内置，被 同时烧成为一体而制造。 由于烧成温度达到接近二千度的高温，故加热器发热体、静电卡盘电极、RF电极等 使用Mo、W等高熔点金属。例如，如专利文献1 (特开2003-272805号公报)、专利文献2 (特 开2003-288975号公报)、专利文献3 (特开2000-286038号公报)的公开内容所示，在内置 陶瓷加热器的基座中，使用Mo、 W、 Mo-W合金的线状发热体作为加热线，这些加热线通过敛 缝部等机械机构与同样由Mo、W、Mo-W合金等材料构成的中间金属件连接，与陶瓷基材一体 烧结，内置于陶瓷基材中。或将印刷、烧成W、Mo等的粉末膏所得到的金属层用作发热体，这 些金属层与基材被烧结成一体，而内置于陶瓷基材中。 在内置RF电极的基座中，将Mo、 W、 Mo-W合金等材料所构成的筛网状电极或对W、Mo等的粉末膏进行印刷、烧成而得到的金属层当作电极使用，这些构件被埋入到陶瓷基材 内，被一体化烧结，而内置于陶瓷基材中。 基材陶瓷主要使用氮化铝、氮化硅。 就中间金属件而言，在专利文献l(特开2003-272805号公报)中，被示为球状、旋 转椭圆体、圆柱状的结合构件，在专利文献2 (特开2003-288975号公报)中，被示为圆柱状端子。 在中间金属件、对W、Mo等的粉末膏进行印刷、烧成而制成的电极层、以及筛网状 电极上，钎焊有长的Ni电极棒。 关于这些钎焊有长的Ni电极棒的以往结构的基座，存在以下问题点。 S卩，如图8所示，在以往的结构中，在形成于陶瓷基材2上的凹处底部，暴露出与线 状发热体3接合的中间金属件4，或筛网状的RF电极9，或以印刷、烧成方式所制成的电极 层(未图示)。 Ni电极棒14插入陶瓷基材的凹处，而钎焊于该中间金属件、RF电极或以印刷、烧 成方式所制成的电极层的露出面上。 在钎焊时，也将Ni电极棒钎焊于包围电极层露出面的陶瓷基材面上，若能够让Ni电极棒与陶瓷基材之间没有空隙，便能够完全密封电极层的露出面并使其与外部大气隔绝，能够防止电极层的露出面发生高温氧化。另外，在处理过程中，即使Ni棒受到横向弯曲外力的作用，由于根干部牢固钎焊于陶瓷基材上，故能够防止与电极层的接合部受到影响而发生劣化、断裂等不良情况，但是，下述理由说明将Ni电极棒钎焊在包围电极层露出面的陶瓷基材面上有何困难。 理由1 Ni的线膨胀系数为13X 10—6，陶瓷基材若是氮化铝则为4. 5X 10—6，若是氮化硅，则 为3. 5X10—6， Ni与陶瓷基材的线膨胀系数差异很大，而且Ni是具备刚性的硬质材料，故因 为线膨胀系数的差异而在接合部发生的热应力没有被缓和。热应力会破坏陶瓷基材的接合 部。 理由2 高温用途的焊料，必须使用高熔点焊料，以往使用的高熔点焊料，线膨胀系数都很 大，而且都是硬质材料，焊料本身会成为热应力的产生源。焊料层无法吸收热应力。 如以上所述理由，使用高温焊料钎焊Ni棒与陶瓷基材是极为困难的。 如以上所述理由，在以往的结构中将陶瓷基材与Ni电极棒牢固地气密接合是很 困难的，故采用将Ni棒机械性地旋入陶瓷基材的结构，说是为了减少间隙所做的努力一点 也不为过。即如图8所示，在陶瓷基材2的凹处侧面上形成螺纹，在该螺纹孔内插入金属管 13。 Ni棒14插入该金属管内面的孔部，让侧面与金属管钎焊固定。此时成为Ni棒的前端 端面也与中间金属件4、筛网状RF电极9同时钎焊的结构。 由于金属管自身的线膨胀系数比陶瓷基材更大，刚性也更大，故若陶瓷基材与金 属管之间没有间隙，则膨胀差会破坏陶瓷基材，因此让陶瓷基材与金属管之间留有膨胀差 程度的间隙是目前技术的现状。 因此，重复高温加热会造成金属管的氧化，进而造成中间金属件、与中间金属件结 合的线状发热体、筛网状电极，或印刷烧成电极层等的氧化。Mo、 W等高熔点金属对氧化很脆弱，会因为氧化而消耗。而且重复加热也会使金属管与陶瓷基材之间的间隙扩大。 与Ni电极棒的底部端面接合的中间金属件、筛网状RF电极，或以印刷、烧成所制 成的电极层，都会在与陶瓷基材同时烧结时，加热到接近二千度的高温而脆化，所以本来强 度就不够。 因为在Ni棒与陶瓷基材之间留有空隙，故若Ni棒受到弯曲的力的作用，钎焊部分、以及中间金属件、筛网状电极印刷烧成电极内部也会直接受到弯曲的力的作用。 以上所述原因的重叠作用，中间金属件、筛网状电极、印刷烧成电极层内容易发生断裂。另外，Ni棒与中间金属件、筛网状电极、印刷烧成电极层的钎焊部分也容易因为劣化而断裂。或者也会发生中间金属件、线状发热体、筛网状电极因氧化而消耗的问题，遂导致无法使用。 若因这样的断裂或氧化消耗而无法使用，基座便无法修复，即使是昂贵的基座也 只好丢弃不用，这是常有的事情。
技术实现思路
本专利技术正是鉴于相关问题而完成的专利技术，其第一目的在于，提供一种能够防止在 内置有由高熔点金属所构成的导电体的陶瓷构件中该导电体露出面的高温氧化的新式结 构及其制造方法。另外，第二的目的在于，提供一种在接合于导电体的电极端子部与陶瓷基 材之间没有空隙，能够防止导电体与电极端子接合部和其周围的氧化、强度劣化以及断裂 的新式结构及其制造方法。 关于内置有导电体的陶瓷构件的上述问题可以用以下方法解决。 解决高温氧化问题的方式 在内置有导电体的陶瓷构件中，在导电体露出面上熔合Si合金层而将其覆盖，以 防止导电体露出面的高温氧化。 Si合金具备优异的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种内置导电体的陶瓷构件，所述导电体是与陶瓷基材同时烧成的由高熔点金属构成的导电体，所述陶瓷构件的特征在于，在该导电体的电极端子接合部露出面上，熔合Ｓｉ合金层而成。

【技术特征摘要】
JP 2008-11-5 2008-283827一种内置导电体的陶瓷构件，所述导电体是与陶瓷基材同时烧成的由高熔点金属构成的导电体，所述陶瓷构件的特征在于，在该导电体的电极端子接合部露出面上，熔合Si合金层而成。2. —种内置导电体的陶瓷构件，其内置与陶瓷基材同时烧成的由高熔点金属构成的导电体，该导电体的电极端子接合部露出面位于该陶瓷基材的凹处之中，且在该凹处内插入电极端子，该电极端子与该导电体的电极端子接合部露出面之间的间隙以及该电极端子与该陶瓷基材之间的间隙被Si合金层填埋而成，所述陶瓷构件的特征在于，该Si合金的层熔合在与该层接触的该电极端子的面、该导电体的电极端子接合部露出面以及该陶瓷基材的面上。3. —种内置导电体的陶瓷构件，其内置与陶瓷基材同时烧成的由高熔点金属构成的导电体，该导电体的电极端子接合部露出面位于该陶瓷基材的凹处之中，且在该凹处内插入由高熔点金属构成的电极端子，该电极端子与该导电体的电极端子接合部露出面之间的间隙以及该电极端子与该陶瓷基材之间的间隙被接合金属的层填埋而成，所述陶瓷构件的特征在于，至少该电极端子与该陶瓷基材的接合金属为Si合金，该Si合金层熔合在该电极端子以及该陶瓷基材上而成。4. 根据权利要求1 3中任意一项所述的内置导电体的陶瓷构件，其特征在于，在至少向所述陶瓷基材外露出的部分的材料是由高熔点金属构成的电极端子的面上，熔合Si合金的覆盖膜而成。5. 根据权利要求1 4中任意一项所述的内置导电体的陶瓷构件，其特征在于，所述Si合金是含有B的Si合金，在所述导电体的电极端子接合部露出面或/和所述由高熔点金属构成的电极端子与Si合金的熔合界面上，形成B的浓縮层或B的化合物层。6. 根据权利要求1 4中任意一项所述的内置导电体的陶瓷构件，其特征在于，所述Si合金含有至少2重量％以上的Mn。7. 根据权利要求1 6中任意一项所述的内置导电体的陶瓷构件，其特征在于，在所述导电体的电极端子接合部露出面或/和所述由高熔点金属构成的电极端子的面上，形成渗碳处理层以及渗硼处理层中任一层。8. —种内置导电体的陶瓷构件的制造方法，所述导电体是与陶瓷基...

【专利技术属性】
技术研发人员：宫田征一郎，
申请(专利权)人：黑崎播磨株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]