[发明专利]发热体及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及发热体烧结技术领域，具体而言，涉及一种发热体及其制备方法和应用。发热体的制备方法包括将发热体生坯置于烧结装置中，将至少三个预烧后的支撑件置于发热体生坯周围以支撑位于发热体生坯上方的板材，将烧结装置置于惰性保护气氛中对发热体生坯烧结，发热体生坯为包含有电路层的氮化铝陶瓷生坯。支撑件与发热体生坯的组成相同，且支撑件的预烧温度为(T‑100℃)～T，T为氮化铝与烧结助剂的烧结反应温度，支撑件的厚度大于发热体生坯的厚度0.2mm～1mm，板材在烧结过程中对发热体生坯加压。该方法制得的发热体具有高平整度和导热率。本发明还提供了上述制备方法制得的发热体及发热体作为晶圆加热装置的应用。

技术领域

本发明涉及发热体烧结技术领域，具体而言，涉及一种发热体及其制备方法和应用。

背景技术

在半导体工艺中，人们通常在晶圆表面通过各种物理或化学方法进行键合、解键合、刻蚀或沉积等。在上述加工工序和加工设备中，通常使用陶瓷发热体来对硅晶圆进行加热，陶瓷发热体的温度均匀性直接影响晶圆的加工质量并最终会影响芯片的性能及良品率。

随着大规模集成电路、大功率模块和LED的发展，为了进一步提高封装效率、降低成本、扩大适用面，制作芯片的晶圆更趋于使用8寸、12英寸等大尺寸晶圆。为满足大尺寸晶圆封装质量和良品率的要求，需要业界能提供相应大尺寸、高质量的陶瓷发热体来实现加工过程中的热处理工艺需求。

目前，半导体封装设备行业中最为常用的陶瓷发热体为氮化铝陶瓷加热盘。氮化铝陶瓷加热盘通常采用丝网印刷厚膜技术和陶瓷-金属高温共烧技术将W、Mo或Mo-Mn等高温金属以印刷成电路的方式，通过高温共烧技术封装到多层氮化铝陶瓷中，形成发热电路。但氮化铝陶瓷加热盘通常采用高达1800℃以上的液相烧结方式进行烧结，在高温条件下，烧结助剂与与氮化铝粉体表面的氧化铝反应生成的液相会发生迁移，炉膛内温度、排胶后坯体内部碳含量的均匀性、坯体周围的气体流动等因素都可能会导致坯体内液相的不均匀分布，从而在坯体内产生应力，造成氮化铝陶瓷加热盘烧结后的翘曲变形。另外，氮化铝陶瓷与印刷金属浆料的烧结收缩率难以完全一致，也会使得两相之间产生烧结应力而造成变形。

为避免上述的问题，也有通过二次烧结修正或一次烧结后研磨加工来确保大尺寸陶瓷基板的平整度以满足使用要求的做法。然而对于氮化铝陶瓷发热体来说，二次烧结修正的方法，也就是进行二次烧结，会导致氮化铝陶瓷晶粒生长大，从而降低产品的弯曲强度和热导率，也会导致设备利用率下降，人力、能源成本增加。使成本本就较高的氮化铝陶瓷发热体的工艺成本变得更高，不利于产品的规模化生产和市场推广。

而一次烧结后研磨加工的方法，是在氮化铝陶瓷基板烧结完成后，采用平磨或研磨来消除表面不平整现象，这需要给产品预留出一定的研磨余量，因此增加了产品的生产和材料成本。更重要的是，对于氮化铝共烧陶瓷发热体来说，单纯的利用后研磨加工虽然可以使产品表面平面度达到要求，但也往往会使印刷电路层的各个点位置与表面距离不一致，从而最终导致各点的温度均匀性难以满足使用要求。

发明内容

基于此，本发明提供了一种发热体的制备方法，该方法制得的发热体平整度和导热率均较高。

一种发热体的制备方法，包括以下步骤：

将发热体生坯置于烧结装置中，并将至少三个预烧后的支撑件置于所述发热体生坯周围以支撑位于所述发热体生坯上方的板材，将所述烧结装置置于惰性保护气氛中，对所述发热体生坯烧结，所述发热体生坯为包含有电路层的氮化铝陶瓷生坯；

所述支撑件与所述发热体生坯的组成相同，且所述支撑件的预烧温度为(T-100℃)～T，T为氮化铝与烧结助剂的烧结反应温度，所述支撑件的厚度大于所述发热体生坯的厚度0.2mm～1mm，所述板材用于在烧结过程中对所述发热体生坯加压。