一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法与流程

本发明涉及静电卡盘，特别涉及一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法。

背景技术：

1、氮化铝的理论热导率为320w/m·k，在要求硅片温度分布均匀的半导体制造设备中被广泛用作于抗等离子体材料：如用于化学气相沉积(cvd)、蚀刻机等设备以及其他类型设备中的静电吸盘和加热器。根据itrs(国际半导体技术路线图)定义，如果硅基半导体的光刻节点收缩到小于10nm时。因为蚀刻或沉积温度随着集成密度的增长而增加，需要具有高电阻率的电介质才能在高温下工作，aln陶瓷电介质在高温及高压下具有高电阻率和低介电损耗此时体积电阻率ρv＞109ω·cm，介电损耗tanθ<0.2，t>500℃，氮化铝陶瓷静电吸盘，其本身电阻率与热导率性能优于氧化铝陶瓷静电吸盘，得到国内外的广泛运用，但若需进一步提高陶瓷体积电阻率，则需要在陶瓷成型前添加各类元素，但是目前仍然存在体积电阻率低的问题，如t＝550℃时，ρv＜109ω·cm，以及烧结温度高的问题，如烧结的温度高于1800℃。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法，能够提升氮化铝陶瓷盘的电学性能尤其是高温体积电阻率。

2、为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

3、一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法，方法包括：

4、原料准备：以氮化铝粉体、氧化物掺杂剂以及有机添加剂为原料，其中，所述氧化物掺杂剂包括0.1～1wt％sio2、0.1～1wt％tio2、0.1～5wt％y2o3、0.1～2wt％cao、0.1～2wt％mgo和0.1～2wt％bao，所述有机添加剂为溶剂、分散剂、粘结剂；

5、混料：采用行星球磨机上述原料进行混料球磨4～8h，球磨的转速为350～450r/min，球磨的温度为25～30℃；

6、成型：采用干压成型或者流延成型的方法成型，采用干压成型的方法包括：喷雾造粒后进行干压成型，其中加入的粘结剂为4～7wt％的丙烯酸树脂，d50为70～100um，干压成型的压力为5～15mpa；采用流延叠层成型，则粘结剂采用8～13wt％的丙烯酸树脂，粘度为1万～2.5万cp，成型的压力为5～15mpa，成型的温度65～90℃；

7、排胶：排胶的最高温度为500～600℃，采用干压成型的陶瓷生坯体最高温度保温时间2～4h，采用流延叠层成型的陶瓷生坯体最高温度保温时间8～24h；

8、烧结：采用双轴加压式氮气热压烧结，陶瓷体最高温度1600～1800℃，最高温度保温时间2～8h，压力5～30mpa；在氮化铝陶瓷盘烧结后以氮化铝作为主晶相、以铝酸钇相和镁铝尖晶石相作为次生相，但是在铝酸钇相中掺杂mg/ca/ba之类的+2价的阳离子会置换出+3价的y离子，从而导致电荷不平衡关系而产生氧离子空位，氧空位可作为导电通道从而导致体积电阻率降低，在铝酸钇相中固溶ti/si之类的+4价的阳离子则会置换+3价的al离子，从而平衡因低价阳离子取代高价阳离子产生的阳离子空位，传导通路减少进而提升陶瓷的体积电阻率。

9、优选的，所述陶瓷盘烧结后在550℃的体积电阻率大于等于109ω·cm，在600℃的体积电阻率大于等于5*108ω·cm。

10、优选的，所述陶瓷盘烧结后ti/mg的值小于等于0.3，y/mg的值大于等于5。

11、优选的，所述陶瓷盘烧结后的密度为3.27～3.33g/cm3，平均粒径为1.5～4微米。

12、优选的，所述陶瓷盘烧结后在500℃时的介电常数为10～20，在500℃时的介电损耗小于0.15。

13、采用上述技术方案，具有以下有益效果：

14、采用本申请的技术方案制备的静电卡盘用氮化铝陶瓷盘的电学性能尤其式高温体积电阻率得到明显提高，达到半导体级精密陶瓷件的使用要求；

15、采用本申请中的方法制备的静电卡盘用氮化铝陶瓷盘的烧结温度为1600～1800℃，而一般的氮化铝陶瓷烧结温度在1800℃以上，降低了烧结的温度，能源消耗明显减少。

技术特征：

1.一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法，其特征在于，所述陶瓷盘烧结后在550℃的体积电阻率大于等于109ω·cm，在600℃的体积电阻率大于等于5*108ω·cm。

3.根据权利要求1所述的一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法，其特征在于，所述陶瓷盘烧结后ti/mg的值小于等于0.3，y/mg的值大于等于5。

4.根据权利要求1所述的一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法，其特征在于，所述陶瓷盘烧结后的密度为3.27～3.33g/cm3，平均粒径为1.5～4微米。

5.根据权利要求1所述的一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法，其特征在于，所述陶瓷盘烧结后在500℃时的介电常数为10～20，在500℃时的介电损耗小于0.15。

技术总结本发明公开了一种高体积电阻率静电卡盘氮化铝陶瓷盘的制备方法，属于静电卡盘技术领域，所述方法包括：原料准备：以氮化铝粉体、氧化物掺杂剂以及有机添加剂为原料，其中，所述氧化物掺杂剂包括0.1～1wt％SiO<subgt;2</subgt;、0.1～1wt％TiO<subgt;2</subgt;、0.1～5wt％Y<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;、0.1～2wt％CaO、0.1～2wt％MgO和0.1～2wt％BaO，所述有机添加剂为溶剂、分散剂、粘结剂；混料：采用行星球磨机上述原料进行混料球磨4～8h，球磨的转速为350～450r/min，球磨的温度为25～30℃；成型：采用干压成型或者流延成型的方法成型；排胶：排胶的最高温度为500～600℃；烧结：采用双轴加压式氮气热压烧结，陶瓷体最高温度1600～1800℃，最高温度保温时间2～8h，压力5～30Mpa。技术研发人员：石锗元,陈超群,李君,肖伟,张倩雯,周俊受保护的技术使用者：君原电子科技（海宁）有限公司技术研发日：技术公布日：2025/1/6