專利名稱::內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及一種在氮化物陶瓷基材中內(nèi)置了由Mo、W系金屬等高熔點金屬所構(gòu)成的導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件及其制造方法。在本發(fā)明中,"導(dǎo)電體"是指流過電流或用來施加電壓的Mo、W等高熔點金屬發(fā)熱體及電極類、和其周邊金屬件類。例如,在陶瓷基材中,是指內(nèi)置高熔點金屬發(fā)熱體的陶瓷加熱器的高熔點金屬發(fā)熱體本身、與該發(fā)熱體接合且同樣由高熔點金屬所構(gòu)成的金屬件類、高熔點金屬的靜電卡盤電極以及RF電極,或與這些構(gòu)件的使用目的相同的電極類。所謂高熔點金屬發(fā)熱體,是指使用高熔點金屬本身制成的線狀發(fā)熱體,或?qū)Ω呷埸c金屬粉末膏進行印刷燒成而制成的燒結(jié)發(fā)熱體。另外,所謂高熔點金屬電極,是指使用高熔點金屬本身的電極膜,或?qū)⒏呷埸c金屬線加工成篩網(wǎng)狀的電極,或?qū)Ω呷埸c金屬粉末膏進行印刷燒成而制成的燒結(jié)電極類等。在本發(fā)明中,這些高熔點金屬的發(fā)熱體、電極類,以及其周邊的高熔點金屬的金屬件類,全部稱為"內(nèi)置于陶瓷基材中的導(dǎo)電體"。本發(fā)明的導(dǎo)電體,是在未燒成的陶瓷基材中預(yù)先內(nèi)置導(dǎo)電體,在對陶瓷基材進行燒成時,通過同時燒結(jié)而內(nèi)置于已經(jīng)燒結(jié)的陶瓷基材中。本發(fā)明的"高熔點金屬",是指即便在陶瓷燒成溫度下,例如在A1N陶瓷中為1700190(TC下進行燒結(jié),也不會熔融、變質(zhì)的所有高熔點金屬,例如Mo、W等是其中的代表金屬。在本發(fā)明中,內(nèi)置有加熱器發(fā)熱體、靜電卡盤電極、RF電極,以及其它高熔點金屬電極類等的陶瓷基座類以及使用目的相同的構(gòu)件,全部稱為"內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件"。
背景技術(shù):
:硅晶片等半導(dǎo)體基板,通常會被載置于稱為基座的處理臺上,進行蝕刻、成膜等處理。近年來,開發(fā)出一種在氮化鋁基材中內(nèi)置有加熱器發(fā)熱體、靜電卡盤電極、RF電極等的陶瓷制基座,并廣泛使用。這些加熱器發(fā)熱體、靜電卡盤電極、RF電極等,在燒成基材陶瓷時,一起被內(nèi)置,被同時燒成為一體而制造。由于燒成溫度達到接近二千度的高溫,故加熱器發(fā)熱體、靜電卡盤電極、RF電極等使用Mo、W等高熔點金屬。例如,如專利文獻1(特開2003-272805號公報)、專利文獻2(特開2003-288975號公報)、專利文獻3(特開2000-286038號公報)的公開內(nèi)容所示,在內(nèi)置陶瓷加熱器的基座中,使用Mo、W、Mo-W合金的線狀發(fā)熱體作為加熱線,這些加熱線通過斂縫部等機械機構(gòu)與同樣由Mo、W、Mo-W合金等材料構(gòu)成的中間金屬件連接,與陶瓷基材一體燒結(jié),內(nèi)置于陶瓷基材中?;?qū)⒂∷?、燒成W、Mo等的粉末膏所得到的金屬層用作發(fā)熱體,這些金屬層與基材被燒結(jié)成一體,而內(nèi)置于陶瓷基材中。在內(nèi)置RF電極的基座中,將Mo、W、Mo-W合金等材料所構(gòu)成的篩網(wǎng)狀電極或?qū)、Mo等的粉末膏進行印刷、燒成而得到的金屬層當作電極使用,這些構(gòu)件被埋入到陶瓷基材內(nèi),被一體化燒結(jié),而內(nèi)置于陶瓷基材中?;奶沾芍饕褂玫X、氮化硅。就中間金屬件而言,在專利文獻l(特開2003-272805號公報)中,被示為球狀、旋轉(zhuǎn)橢圓體、圓柱狀的結(jié)合構(gòu)件,在專利文獻2(特開2003-288975號公報)中,被示為圓柱狀端子。在中間金屬件、對W、Mo等的粉末膏進行印刷、燒成而制成的電極層、以及篩網(wǎng)狀電極上,釬焊有長的Ni電極棒。關(guān)于這些釬焊有長的Ni電極棒的以往結(jié)構(gòu)的基座,存在以下問題點。S卩,如圖8所示,在以往的結(jié)構(gòu)中,在形成于陶瓷基材2上的凹處底部,暴露出與線狀發(fā)熱體3接合的中間金屬件4,或篩網(wǎng)狀的RF電極9,或以印刷、燒成方式所制成的電極層(未圖示)。Ni電極棒14插入陶瓷基材的凹處,而釬焊于該中間金屬件、RF電極或以印刷、燒成方式所制成的電極層的露出面上。在釬焊時,也將Ni電極棒釬焊于包圍電極層露出面的陶瓷基材面上,若能夠讓Ni電極棒與陶瓷基材之間沒有空隙,便能夠完全密封電極層的露出面并使其與外部大氣隔絕,能夠防止電極層的露出面發(fā)生高溫氧化。另外,在處理過程中,即使Ni棒受到橫向彎曲外力的作用,由于根干部牢固釬焊于陶瓷基材上,故能夠防止與電極層的接合部受到影響而發(fā)生劣化、斷裂等不良情況,但是,下述理由說明將Ni電極棒釬焊在包圍電極層露出面的陶瓷基材面上有何困難。理由1Ni的線膨脹系數(shù)為13X10—6,陶瓷基材若是氮化鋁則為4.5X10—6,若是氮化硅,則為3.5X10—6,Ni與陶瓷基材的線膨脹系數(shù)差異很大,而且Ni是具備剛性的硬質(zhì)材料,故因為線膨脹系數(shù)的差異而在接合部發(fā)生的熱應(yīng)力沒有被緩和。熱應(yīng)力會破壞陶瓷基材的接合部。理由2高溫用途的焊料,必須使用高熔點焊料,以往使用的高熔點焊料,線膨脹系數(shù)都很大,而且都是硬質(zhì)材料,焊料本身會成為熱應(yīng)力的產(chǎn)生源。焊料層無法吸收熱應(yīng)力。如以上所述理由,使用高溫焊料釬焊Ni棒與陶瓷基材是極為困難的。如以上所述理由,在以往的結(jié)構(gòu)中將陶瓷基材與Ni電極棒牢固地氣密接合是很困難的,故采用將Ni棒機械性地旋入陶瓷基材的結(jié)構(gòu),說是為了減少間隙所做的努力一點也不為過。即如圖8所示,在陶瓷基材2的凹處側(cè)面上形成螺紋,在該螺紋孔內(nèi)插入金屬管13。Ni棒14插入該金屬管內(nèi)面的孔部,讓側(cè)面與金屬管釬焊固定。此時成為Ni棒的前端端面也與中間金屬件4、篩網(wǎng)狀RF電極9同時釬焊的結(jié)構(gòu)。由于金屬管自身的線膨脹系數(shù)比陶瓷基材更大,剛性也更大,故若陶瓷基材與金屬管之間沒有間隙,則膨脹差會破壞陶瓷基材,因此讓陶瓷基材與金屬管之間留有膨脹差程度的間隙是目前技術(shù)的現(xiàn)狀。因此,重復(fù)高溫加熱會造成金屬管的氧化,進而造成中間金屬件、與中間金屬件結(jié)合的線狀發(fā)熱體、篩網(wǎng)狀電極,或印刷燒成電極層等的氧化。Mo、W等高熔點金屬對氧化很脆弱,會因為氧化而消耗。而且重復(fù)加熱也會使金屬管與陶瓷基材之間的間隙擴大。與Ni電極棒的底部端面接合的中間金屬件、篩網(wǎng)狀RF電極,或以印刷、燒成所制成的電極層,都會在與陶瓷基材同時燒結(jié)時,加熱到接近二千度的高溫而脆化,所以本來強度就不夠。因為在Ni棒與陶瓷基材之間留有空隙,故若Ni棒受到彎曲的力的作用,釬焊部分、以及中間金屬件、篩網(wǎng)狀電極印刷燒成電極內(nèi)部也會直接受到彎曲的力的作用。以上所述原因的重疊作用,中間金屬件、篩網(wǎng)狀電極、印刷燒成電極層內(nèi)容易發(fā)生斷裂。另外,Ni棒與中間金屬件、篩網(wǎng)狀電極、印刷燒成電極層的釬焊部分也容易因為劣化而斷裂?;蛘咭矔l(fā)生中間金屬件、線狀發(fā)熱體、篩網(wǎng)狀電極因氧化而消耗的問題,遂導(dǎo)致無法使用。若因這樣的斷裂或氧化消耗而無法使用,基座便無法修復(fù),即使是昂貴的基座也只好丟棄不用,這是常有的事情。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明正是鑒于相關(guān)問題而完成的發(fā)明,其第一目的在于,提供一種能夠防止在內(nèi)置有由高熔點金屬所構(gòu)成的導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件中該導(dǎo)電體露出面的高溫氧化的新式結(jié)構(gòu)及其制造方法。另外,第二的目的在于,提供一種在接合于導(dǎo)電體的電極端子部與陶瓷基材之間沒有空隙,能夠防止導(dǎo)電體與電極端子接合部和其周圍的氧化、強度劣化以及斷裂的新式結(jié)構(gòu)及其制造方法。關(guān)于內(nèi)置有導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件的上述問題可以用以下方法解決。解決高溫氧化問題的方式在內(nèi)置有導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件中,在導(dǎo)電體露出面上熔合Si合金層而將其覆蓋,以防止導(dǎo)電體露出面的高溫氧化。Si合金具備優(yōu)異的耐熱性與耐氧化性,使其線膨脹系數(shù)與高熔點金屬匹配是很容易的,雖然可以在高熔點金屬的導(dǎo)電體表面覆蓋具備耐熱性與耐氧化性的覆蓋膜,但當在高熔點金屬表面上熔合Si合金的熔融物時,高熔點金屬表面上會發(fā)生激烈的腐蝕(侵蝕)。腐蝕是Si與高熔點金屬的反應(yīng)層(合金層)。在被侵蝕的部位,會過多產(chǎn)生線膨脹系數(shù)比基材的高熔點金屬更大而且很脆的硅化物,若重復(fù)高溫加熱,會發(fā)生龜裂,或者會發(fā)生被侵蝕的部位從基材剝離的問題。本發(fā)明通過使不會受到侵蝕或侵蝕能被抑制的Si合金的覆蓋膜熔合在高熔點金屬的導(dǎo)電體表面上,來形成耐氧化性、耐剝離性、耐龜裂性優(yōu)異的覆蓋膜。在本發(fā)明中,當在高熔點金屬導(dǎo)電體的表面上熔敷覆蓋Si合金時,關(guān)于用來防止Si合金熔融物造成的"侵蝕"的第1個方式,含有B作為應(yīng)該熔敷覆蓋的Si合金,以在高熔點金屬導(dǎo)電體與用來覆蓋的Si合金的界面上形成B的濃縮層或B的化合物層。當將含有B的Si合金熔敷于Mo、W等高熔點金屬導(dǎo)電體上時,若在導(dǎo)電體與Si合金的界面上存在B的濃縮層或Mo、W等高熔點金屬的硼化物層,熔融的Si合金對構(gòu)件所造成的"侵蝕"情況明顯減少?;蛘咄耆珱]有侵蝕。另外,無論是氮化物陶瓷、氧化物陶瓷,還是其它陶瓷,不管是什么種類,Si合金只要經(jīng)過成分調(diào)整,便能夠使其線膨脹系數(shù)與基材陶瓷匹配,利用這個優(yōu)點,便能夠防止因線膨脹系數(shù)的差異而造成的Si合金熔合層的剝離、龜裂。該B的濃縮層或構(gòu)件的Mo或W的硼化物層的存在,是在熔合的Si合金的中添加了0.1X以上的B時存在。即,在使用向如下所示的Si合金中添加了0.1X以上的B而得的合金時存在上述的層,所述Si合金由Si與從Fe、Ni、Co、Cr、Mo、W、Re、Cu、Mn、貴重金屬、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Ge、Al、Ca、Mg、稀土元素、P的元素組當中選擇的一種或二種以上的元素構(gòu)成。在Si合金內(nèi)添加B可減少導(dǎo)電體受到"侵蝕",認為這是由于,Si合金之中的B成分會優(yōu)先擴散到高熔點金屬導(dǎo)電體上,并在導(dǎo)電體側(cè)界面產(chǎn)生B的濃縮擴散層,其能夠壓抑基材的侵蝕進程,并抑制硅化物的產(chǎn)生。已確認在B的濃縮擴散層中形成Mo、W等高熔點金屬的硼化物,并認為硼化物會成為阻擋層,防止侵蝕作用。由于B添加量在0.1%以上便會開始抑制硅化物的生成,故Si合金中B的添加量優(yōu)選在O.1%以上。進一步優(yōu)選在0.3%以上。最進一步在0.8%以上,這樣便不會發(fā)生侵蝕。雖然對B量的上限沒有特別限制,但若超過15X,在熔合時作為粉末膏原料而使用的Si合金的粉末制造成本會變高,在經(jīng)濟上不優(yōu)選。在本發(fā)明的第l解決方式中,Si合金大概為下述的成分范圍。需要說明的是,當然不限于下述范圍。第1方式的組成由主要成分Si、從A組中選擇的一種或二種以上的元素、從B組中選擇的一種或二種以上的元素、C組的元素、以及剩余雜質(zhì)成分所構(gòu)成的合金。A組的元素Fe、Ni、Co、Zr、Ti、Cr、Mo、WB組的元素Hf、Nb、Ta、V、Mn、Cu、Al、GeC組的元素BA組元素的成分范圍365重量%B組元素的成分范圍020重量%C組元素的成分范圍0.115重量%第2方式的組成另外,關(guān)于本發(fā)明的第2方式,作為Si合金,使用至少含有2重量%以上的Mn的Si合金。S卩,通過使用至少含有2重量%以上的Mn的Si合金,便能大幅抑制Si合金熔融物對高熔點金屬導(dǎo)電體所造成的侵蝕。其最佳范圍為215重量%。若未達下限值則不會發(fā)生熔敷,若超過上限則侵蝕情況會變嚴重。在本發(fā)明的第2解決方式中,Si合金大概為下述的成分范圍。需要說明的是,當然不限于下述范圍。由主要成分Si、從A組中選擇的一種或二種以上的元素、Mn、和剩余雜質(zhì)成分所構(gòu)成的合金。A組的元素Fe、Ni、Co、Ti、Zr、Hf、Cr、Mo、W、Nb、Ta、V、Cu、Al、GeA組元素的成分范圍365重量%Mn:215重量X關(guān)于含有B的Si合金以及含有Mn的Si合金,將預(yù)先進行成分調(diào)合以使線膨脹系數(shù)與陶瓷基材匹配的這些合金的粉末膏,涂布在高熔點金屬導(dǎo)電體的表面、電極端子表面或陶瓷基材面上,再將其置于真空或惰性氣氛下加熱,加熱到合金的固相線溫度以上,由此能夠使其熔合。另外,第3方式,是預(yù)先在Mo、W等的高熔點導(dǎo)電體表面上形成從滲碳層、滲硼層中選擇的至少一層。即形成滲碳、滲硼的單獨處理層,還形成滲碳滲硼、滲碳氮化、滲硼氮化、滲碳滲硼氮化的復(fù)合處理層。特別優(yōu)選滲碳層、滲硼層、滲碳滲硼層,作為Si合金的組成,在與上述含有0.1%以上的B的Si合金、及至少含有2重量%以上的Mn的Si合金組合時,最能夠發(fā)揮防止侵蝕的效果。就滲碳處理而言,可以直接應(yīng)用通常使用的固體滲碳、液體滲碳、氣體滲碳、氣體滲碳氮化處理方法。就滲硼處理而言,可以直接應(yīng)用固體滲硼、電解滲硼、熔融浴滲硼、氣體滲硼等通常使用的處理方法。為了從外部供給電力,必須在導(dǎo)電體露出面上接合電極端子。關(guān)于電極端子的接合,可以使用與預(yù)先熔合在導(dǎo)電體露出面上的Si合金層表面相同種類的接合金屬或不同種類的接合金屬,或者熔合在導(dǎo)電體露出面上的Si合金層本身是接合導(dǎo)電體露出面與電極端子的接合層。換句話說,也可以是兼具接合與防氧化功能的層。從防止導(dǎo)電體露出面氧化的觀點來看,熔合在導(dǎo)電體露出面上的Si合金層,并不僅限于導(dǎo)電體露出面,還連續(xù)覆蓋到包圍導(dǎo)電體露出面的陶瓷基材面,以使導(dǎo)電體露出面與陶瓷基材的間隙部都包含在內(nèi)。此時,Si合金層優(yōu)選還熔合在包圍導(dǎo)電體露出面的陶瓷基材面上。消除電極端子與陶瓷基材之間的間隙的方式當由內(nèi)置于陶瓷基材之中的高熔點金屬所構(gòu)成的導(dǎo)電體的露出面位于陶瓷構(gòu)件的凹處之中時,在該凹處之中嵌入電極端子,讓該端子與導(dǎo)電體露出面冶金性接合,并用Si合金層填埋該電極端子與陶瓷基材之間的間隙,讓該Si合金層與電極端子以及陶瓷基材二者熔合,由此消除電極端子與陶瓷基材之間的間隙。在電極端子是高熔點金屬的情況下,當在電極端子與陶瓷基材上熔合Si合金時,電極端子也會發(fā)生上述侵蝕問題。當電極端子是高熔點金屬時,為了防止Si合金熔融物對高熔點金屬的電極端子造成侵蝕,可應(yīng)用防止上述侵蝕的第1方式、第2方式、第3方式。另外,此時,由于電極端子與導(dǎo)電體均為高熔點金屬,故接合金屬可以不是Si合金。例如可以是Co系、Ni系、Au系、其它高熔點釬焊金屬。當電極端子是陶瓷材料時,例如陶瓷基材為氮化鋁,而在電極端子為氮化鋁的情況下,讓陶瓷基材以及陶瓷電極端子二者熔合在一起的接合金屬,就必須使用Si合金。電極端子的結(jié)構(gòu)在本發(fā)明中,與導(dǎo)電體接合的電極端子,無須整體均由相同材料制成。例如電極端子嵌入到陶瓷基材凹處內(nèi)的部分與從凹處向外突出的部分,無須是相同材料。在本發(fā)明中,至少是嵌入到凹處的部分的電極端子的材料,有必要為具備在Si合金的熔合溫度下不會熔化的熔點、且線膨脹系數(shù)與陶瓷基材匹配的材料。此外,電極端子與導(dǎo)電體露出面通過釬焊、擴散接合等冶金方式接合是必要條件。端子材料可以是與通電構(gòu)件相同種類的高熔點金屬,或與不會受到已熔融Si合金侵蝕的陶瓷基材相同種類的材料,或不會受到Si合金侵蝕的陶瓷材料與Si合金的復(fù)合材料。例如,可以是使不會受到Si合金侵蝕的陶瓷材料的多孔體浸漬Si合金熔融物得到的材料,或不會受到Si合金侵蝕的陶瓷材料與Si合金的層疊體,或使不會受到Si合金侵蝕的陶瓷填料熔合分散于Si合金基材之中得到的材料,或Si合金本身。當陶瓷基材為氮化鋁時,端子材料優(yōu)選為Mo、W等熔點超過Si合金熔點的高熔點金屬,或與陶瓷基材相同的陶瓷材料本身,或線膨脹系數(shù)相近的陶瓷材料。另外,在陶瓷基材為氮化硅系陶瓷時,可適當使用W、碳化硅、氮化硅本身。需要說明的是,電極端子的材料可以不是導(dǎo)電性材料。這是因為,包圍端子的接合層的金屬具備導(dǎo)電性,故能夠以接合層確保導(dǎo)電通路。另外,從凹處向外突出的部分,可以在填埋凹處之后,用與填入到凹處的電極端子部不同的材料或相同的材料釬焊而接合。以Si合金對電極端子的覆蓋當電極端子是高熔點金屬時,從凹處向外露出的電極端子部分具有抗氧化性較弱的缺點。此時,用Si合金熔合覆蓋露出在外的部分,便能夠改善露出部分的耐氧化性。此時,為了防止Si合金造成的侵蝕,可以應(yīng)用防止上述侵蝕的第1方式、第2方式、第3方式。圖1是B與Mo的特性X射線像(映像)的照片。圖2是說明本發(fā)明結(jié)構(gòu)的圖。圖3是說明本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)的圖。圖4是說明本發(fā)明的另一結(jié)構(gòu)的圖。圖5是表示電極端子部拔出后留下凹處的以往結(jié)構(gòu)的基座的結(jié)構(gòu)圖。圖6是填埋圖5的凹處而經(jīng)過修復(fù)的結(jié)構(gòu)的說明圖。圖7是實施例的說明圖。圖8是以往技術(shù)的說明圖。符號說明l-陶瓷構(gòu)件,2-陶瓷基材,3-導(dǎo)電體(發(fā)熱體),4-導(dǎo)電體(中間金屬件),5-電極端子,6-Si合金熔融物層,7-釬焊層,8-Si合金的覆蓋膜,9-導(dǎo)電體(RF電極),10-凹處,11-復(fù)合材料,12-填充材料,13-金屬管,14-Ni棒。具體實施例方式以下的試驗例,用于確認本發(fā)明的"侵蝕"防止方式的效果。試驗1制作試樣在20X40X厚度1mm的Mo以及W的板表面上,涂布10X10X厚度1mm且成分組成不同的Si合金的粉末膏,在真空中加熱使其熔敷之后,切斷熔敷層,測量Mo、W板受到侵蝕的深度。另外,測量未經(jīng)任何處理的Mo板的Mo表面受到侵蝕的深度,以及經(jīng)過滲碳、滲硼處理后受到侵蝕的深度。關(guān)于滲碳,是浸漬在以碳粉末為主要成分的固體滲碳材料之中并在120(TC加熱3小時以形成滲碳層。關(guān)于滲硼,是浸漬在固體滲硼劑(硼粉末+碳化硼)中并在IOO(TC加熱5小時以形成滲硼覆蓋膜。結(jié)果將侵蝕深度的測量結(jié)果示于表1。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>Si-25Cr是指Si-25XCr。將%省略不記載根據(jù)表1的結(jié)果,可知若添加2%以上的Mn、以及0.1重量%以上的B,便能夠極為有效地防止Mo、W受到侵蝕。另外,可知當B在0.8X以上時,便不會受到侵蝕。另外,滲碳、滲硼的防侵蝕效果也很明顯,若并用添加B的合金、添加Mn的合金,便幾乎不會受到侵蝕。對試樣中編號10的實驗片,以特性X射線像研究切斷面的B、Mo元素的分布狀態(tài)。另夕卜,編號10的成分組成為Si-21Co-0.39B。圖l表示B與Mo的特性X射線像(映像)的照片。根據(jù)照片的結(jié)果,可知在Mo的界面上,B從Si合金擴散并濃縮成高濃度。根據(jù)本發(fā)明。圖2、圖3、圖4是說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)的圖。在圖2、圖3中,符號l為陶瓷構(gòu)件。陶瓷構(gòu)件1具備陶瓷基材2、內(nèi)置于基材2的高熔點金屬的導(dǎo)電體(發(fā)熱體)3、導(dǎo)電體(中間金屬件)4、和電極端子5。導(dǎo)電體3、導(dǎo)電體4,均為高熔點金屬制且以機械方式接合,在燒成陶瓷構(gòu)件1時,被同時燒成而內(nèi)置于陶瓷基材中。在圖2中,在陶瓷基材燒成之后,為了使外部電源與導(dǎo)電體3連接,電極端子5與導(dǎo)電體(中間金屬件M的露出面接合,在為例如RF電極之類的情況下,也可以根據(jù)需要不設(shè)置中間金屬件而與導(dǎo)電體直接接合。另外,導(dǎo)電體3、導(dǎo)電體4在本發(fā)明中均被示為導(dǎo)電體。在圖2中,電極端子5與陶瓷基材2、導(dǎo)電體(中間金屬件)4的間隙,被熔融的Si合金的熔融層6所填埋。在圖3中,沒有可以嵌入電極端子的凹處,導(dǎo)電體(中間金屬件)4在陶瓷基材的表面露出。Si合金的熔融物層6,從防止導(dǎo)電體露出面的氧化的觀點來看,如圖3所示,并不僅限于導(dǎo)電體露出面,優(yōu)選連續(xù)覆蓋到包圍導(dǎo)電體露出面的陶瓷基材面,以便將導(dǎo)電體露出面與陶瓷基材的間隙部包含在內(nèi)。此時,Si合金層熔融物層6優(yōu)選還與包圍導(dǎo)電體露出面的陶瓷基材面熔合。圖4的說明圖,示出用與Si合金不同的合金接合(釬焊)由高熔點金屬構(gòu)成的電極端子5與導(dǎo)電體3的露出面,且為了賦予從凹處向外凸出的電極端子部分以耐氧化性而熔合Si合金的覆蓋膜8。符號7是用與Si合金不同的合金接合的釬焊層。電極端子5與陶瓷基材2的間隙,用Si合金的熔融層6填埋,讓Si合金與電極端子以及陶瓷基材熔合,使電極端子與陶瓷基材之間沒有間隙。電極端子與導(dǎo)電體露出面,可以使用Ni、Co、Au系、或其它高熔點焊料進行釬焊。也可以用擴散接合方式進行接合。電極端子與陶瓷基材的接合、電極端子與導(dǎo)電體露出面的接合可同時進行,亦可個別進行。g卩,作為第一步驟,通過釬焊或擴散接合來接合電極端子與導(dǎo)電體露出面,接著在比第一步驟更低的溫度下用Si合金接合電極端子與陶瓷基材。在本發(fā)明中,Si合金熔融物層的熔合,是指將規(guī)定成分的Si合金加熱到固相線溫度以上,使其轉(zhuǎn)變成液相并熔合。熔合,是指轉(zhuǎn)變成熔融物并發(fā)生冶金性接合。冶金性接合,是指至少發(fā)生潤濕、擴散或界面的部分熔融等中的至少一個現(xiàn)象而接合。在本發(fā)明中,用Si合金的熔融物填埋電極端子與陶瓷基材的間隙、電極端子與導(dǎo)電體露出面的間隙而使其熔合的方法,可以是在該間隙內(nèi)填充規(guī)定成分的Si合金粉末、細?;蚱?,在真空中或惰性氣氛中,加熱至該Si合金的固相線溫度以上,使其轉(zhuǎn)變成熔融物而熔合。Si合金的熔融物,具有與電極端子、陶瓷基材以及導(dǎo)電體這些材料都能熔合的性質(zhì)。在圖24的情況下,為了防止導(dǎo)電體以及高熔點金屬的電極端子受到Si合金熔融物的侵蝕,可以應(yīng)用能夠防止上述侵蝕的第1方法、第2方法、第3方法。已廢棄的以往結(jié)構(gòu)制品的靈活運用內(nèi)置有導(dǎo)電體的以往結(jié)構(gòu)的基座類的電極端子會因為損壞而被廢棄,本發(fā)明可以將這些因為損壞而被廢棄的構(gòu)件作為材料,來完成本發(fā)明制品。S卩,在以往結(jié)構(gòu)的基座中,拔出Ni電極棒后會留有凹處,將本發(fā)明額結(jié)構(gòu)的電極端子嵌入到該凹處,填埋間隙并接合,便能夠制造出耐氧化性、耐久性很優(yōu)異的基座。圖5是電極端子部被拔出后留有凹處的以往結(jié)構(gòu)的基座的結(jié)構(gòu)圖。陶瓷基材2是氮化鋁制。導(dǎo)電體(加熱線)3由Mo線構(gòu)成,以與同為Mo制的導(dǎo)電體(中間金屬件)4接合的形式,埋入到陶瓷基材之中。加熱線、中間金屬件均在燒成陶瓷基材時被同時燒成而被內(nèi)置于陶瓷基材之中。導(dǎo)電體(RF電極)9由篩網(wǎng)狀的Mo構(gòu)成,與Mo線、Mo中間金屬件相同,在燒成陶瓷基材2時被同時燒成而內(nèi)置于陶瓷基材之中。在中間金屬件的凹處10與RF電極的凹處10的內(nèi)面上,切有內(nèi)螺紋以旋入Ni電極棒,在Ni電極棒拔出之后,螺紋會就這樣留下來。圖6是填埋圖5的凹處進而完成本發(fā)明結(jié)構(gòu)的陶瓷構(gòu)件時的說明圖。g卩,在Ni電極棒拔出后的陶瓷基材的凹處內(nèi)嵌入電極端子,用Si合金的熔融層填埋電極端子與陶瓷基材的間隙以及電極端子與中間金屬件、RF電極的間隙,讓該Si合金的熔融層與陶瓷基材、電極端子以及中間金屬件、RF電極熔合,由此完成本發(fā)明結(jié)構(gòu)的陶瓷構(gòu)件。換句話說,包圍電極端子的間隙全部用Si合金的熔融層填滿,讓接觸電極端子的面全部熔合,原本應(yīng)廢棄的以往基座就能夠再生成為本發(fā)明制品。在圖6的結(jié)構(gòu)中,就電極端子而言,只要能夠線膨脹系數(shù)與陶瓷基材匹配,便不限于高熔點金屬。線膨脹系數(shù)與陶瓷基材匹配的陶瓷材料,或上述的其它電極端子材料,全部都可以拿來使用。需要說明的是,為了防止Si合金的熔融物侵蝕高熔點金屬電極端子、中間金屬件、RF電極,可以應(yīng)用上述用來防止侵蝕的第1方法、第2方法、第3方法。(實施例)根據(jù)實施例說明本發(fā)明。實施例1該實施例使用如圖5所示Ni電極棒拔出后留有凹處且被廢棄的以往結(jié)構(gòu)的基座,制造圖6的結(jié)構(gòu)的本發(fā)明的陶瓷構(gòu)件。陶瓷基材使用氮化鋁。取代以往結(jié)構(gòu)的Ni電極棒,將經(jīng)過螺紋加工的Mo制新型電極端子插入到Ni電極棒拔出后所留下的凹處,在電極端子與陶瓷基材之間的間隙、電極端子與中間金屬件之間的間隙,以及電極端子與RF電極之間的間隙,填充含有0.8重量%的B的Si-lO%Ni-O.8%B合金粉末膏,在真空中,加熱到130(TC以產(chǎn)生熔融物,分別與電極端子、陶瓷基材、電極中間金屬件以及RF電極熔合。另外,此時,亦在從空洞向外凸出的Mo制電極端子部分,涂布同樣含有0.8%的B的Si-10%Ni-O.8%B合金的粉末膏,同時在Mo電極端子表面上熔合Si合金的覆蓋膜。電極端子與陶瓷基材之間的間隙、電極端子與中間金屬件之間的間隙,以及電極端子與RF電極之間的間隙,用該Si合金填埋,Si合金能夠與陶瓷基材、中間金屬件、RF電極以及電極端子適當熔合,讓接合部獲得良好的氣密性。另外,亦能夠在Mo表面上熔合無缺陷的Si合金覆蓋膜。通電加熱測試可以對與圖6的中間金屬件4接合的一側(cè)的電極端子5施加200V的交流電壓,重復(fù)升溫到50(TC。侵蝕的測量切斷電極端子與其周圍的陶瓷基材,測量Si合金對Mo端子、Mo中間金屬件、Mo線、Mo篩網(wǎng)(RF電極)所造成的侵蝕。完全沒有發(fā)現(xiàn)受到侵蝕的情況。實施例2圖7是表示填埋凹處而修復(fù)的另一個實施例。在先前的實施例1的圖6所示的缺少中間金屬件的凹處部分,填充Si合金與碳化硅的混合粉末,在真空中加熱熔融,讓Si合金與碳化硅的復(fù)合材料熔融物填充凹處,凝固后將凹處修復(fù)。關(guān)于碳化硅粉末,使用平均粒度低于45m的粉末,相對于Si合金混合20重在本實施例中,填充凹處的Si合金與碳化硅的復(fù)合材料,成為缺少中間金屬件的凹處部分的電極端子材料。陶瓷基材與實施例1相同為氮化鋁。在填充熔融物之前,為了防止Mo線受到侵蝕,預(yù)先對殘留于凹處內(nèi)的Mo加熱線3以及MoRF電極線9的露出部實施滲硼處理。所填充的Si合金組成,是含有5重量%Mn的Si-25%Cr-5%Mn合金。在露出Mo線RF電極9的凹處部分,插入與陶瓷基材同為氮化鋁制的填充材料12而填埋,向RF電極9與填充材料12之間的間隙以及陶瓷基材與填充材料12的之間的間隙,填充含有5重量X的Mn的Si-25%Cr_5%Mn合金的粉末膏,加熱、熔融,用熔融物填滿間隙,與整個間隙面熔合。另外,由于氮化鋁制的填充材料12是絕緣體,沒有導(dǎo)電性,故為了確保導(dǎo)電通路,在填充材料的表面也同樣熔合Si合金層,用Si合金層將填充材料整個包住,外部表面便具備導(dǎo)電性。結(jié)果Si合金與陶瓷基材的接合部獲得良好的氣密性。另外,Mo線、RF電極線、加熱線均未因侵蝕而斷線,與Si合金熔敷情況良好。在Si合金與碳化硅的復(fù)合材料層上釬焊Mo電極端子,并施加交流電壓,便可作為加熱器再次加熱。工業(yè)上的可利用性如以上所詳述的那樣,本發(fā)明具有防止內(nèi)置于陶瓷基材的高熔點金屬導(dǎo)電體的露出面氧化的優(yōu)異效果。而且,由于能夠消除電極端子與陶瓷基材之間的間隙,故具有防止高熔點金屬導(dǎo)電體露出面與電極端子接合部及其周邊部的機械強度劣化、斷裂的優(yōu)異效果。另外,當以往結(jié)構(gòu)的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件(基座類)的電極端子部有缺損時,亦可將本發(fā)明用于將其修復(fù),對高價產(chǎn)品的回收使用,具有很大的貢獻。另外,作為在半導(dǎo)體CVD裝置中使用的氮化鋁加熱器,能夠期待有很多需求。另外,已廢棄的氮化鋁加熱器的再生修理成為可能,預(yù)期能夠在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)
技術(shù)領(lǐng)域:
中廣泛應(yīng)用。權(quán)利要求一種內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件,所述導(dǎo)電體是與陶瓷基材同時燒成的由高熔點金屬構(gòu)成的導(dǎo)電體,所述陶瓷構(gòu)件的特征在于,在該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面上,熔合Si合金層而成。2.—種內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件,其內(nèi)置與陶瓷基材同時燒成的由高熔點金屬構(gòu)成的導(dǎo)電體,該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面位于該陶瓷基材的凹處之中,且在該凹處內(nèi)插入電極端子,該電極端子與該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面之間的間隙以及該電極端子與該陶瓷基材之間的間隙被Si合金層填埋而成,所述陶瓷構(gòu)件的特征在于,該Si合金的層熔合在與該層接觸的該電極端子的面、該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面以及該陶瓷基材的面上。3.—種內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件,其內(nèi)置與陶瓷基材同時燒成的由高熔點金屬構(gòu)成的導(dǎo)電體,該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面位于該陶瓷基材的凹處之中,且在該凹處內(nèi)插入由高熔點金屬構(gòu)成的電極端子,該電極端子與該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面之間的間隙以及該電極端子與該陶瓷基材之間的間隙被接合金屬的層填埋而成,所述陶瓷構(gòu)件的特征在于,至少該電極端子與該陶瓷基材的接合金屬為Si合金,該Si合金層熔合在該電極端子以及該陶瓷基材上而成。4.根據(jù)權(quán)利要求13中任意一項所述的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)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點金屬構(gòu)成的電極端子的面上,熔合Si合金的覆蓋膜而成。5.根據(jù)權(quán)利要求14中任意一項所述的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件,其特征在于,所述Si合金是含有B的Si合金,在所述導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面或/和所述由高熔點金屬構(gòu)成的電極端子與Si合金的熔合界面上,形成B的濃縮層或B的化合物層。6.根據(jù)權(quán)利要求14中任意一項所述的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件,其特征在于,所述Si合金含有至少2重量%以上的Mn。7.根據(jù)權(quán)利要求16中任意一項所述的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件,其特征在于,在所述導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面或/和所述由高熔點金屬構(gòu)成的電極端子的面上,形成滲碳處理層以及滲硼處理層中任一層。8.—種內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件的制造方法,所述導(dǎo)電體是與陶瓷基材同時燒成的由高熔點金屬構(gòu)成的導(dǎo)體,所述制造方法的特征在于,在該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面上,熔合Si合金的熔融層。9.一種內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件的制造方法,所述陶瓷構(gòu)件內(nèi)置與陶瓷基材同時燒成的由高熔點金屬構(gòu)成的導(dǎo)電體,該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面位于該陶瓷基材的凹處之中,且在該凹處內(nèi)插入電極端子,該電極端子與該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面之間的間隙以及該電極端子與該陶瓷基材之間的間隙被Si合金層填埋而成,所述制造方法的特征在于,在制造所述陶瓷構(gòu)件時,使該Si合金層熔合在與該層接觸的該電極端子的面、該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面以及該陶瓷基材的面上。10.—種內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件的制造方法,所述陶瓷構(gòu)件內(nèi)置與陶瓷基材同時燒成的由高熔點金屬構(gòu)成的導(dǎo)電體,該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面位于該陶瓷基材的凹處之中,且在該凹處內(nèi)插入由高熔點金屬構(gòu)成的電極端子,該電極端子與該導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面之間的間隙以及該電極端子與該陶瓷基材之間的間隙被接合金屬的層填埋而成,所述制造方法的特征在于,在制造所述陶瓷構(gòu)件時,至少使用Si合金作為該電極端子與該陶瓷基材的接合金屬,并讓該Si合金層與該電極端子及該陶瓷基材熔合。11.根據(jù)權(quán)利要求810中任意一項所述的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件的制造方法,其特征在于,在所述電極端子的至少向所述陶瓷基材外露出的部分的材料是由高熔點金屬構(gòu)成的電極端子面上,熔合Si合金的覆蓋膜。12.根據(jù)權(quán)利要求810中任意一項所述的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件的制造方法,其特征在于,所述Si合金是含有B的Si合金,在所述導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面或/和所述由高熔點金屬構(gòu)成的電極端子與Si合金的熔合界面上,形成B的濃縮層或B的化合物層。13.根據(jù)權(quán)利要求810中任意一項所述的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件的制造方法,其特征在于,作為所述Si合金,使用至少含有2重量%以上的Mn的Si合金。14.根據(jù)權(quán)利要求810中任意一項所述的內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷構(gòu)件的制造方法,其特征在于,在所述導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面或/和所述由高熔點金屬構(gòu)成的電極端子的面上,至少形成滲碳處理層以及滲硼處理層中任一層,然后使Si合金的熔融層熔合。全文摘要本發(fā)明提供內(nèi)置導(dǎo)電體的陶瓷基材,在陶瓷基材中內(nèi)置有高熔點金屬電極層的以往陶瓷基座,在內(nèi)置電極層與Ni電極棒的接合部容易發(fā)生斷裂、損壞等。若折損、剝離、斷裂便無法修復(fù),即使是昂貴的基座也常報廢。本發(fā)明的陶瓷基材,用含有B的Si合金層填埋陶瓷基材中的高熔點金屬導(dǎo)電體的電極端子接合部露出面與電極端子以及陶瓷基材之間的間隙,來解決以往結(jié)構(gòu)的耐氧化性、氣密性,斷裂,折損問題。還用含有2%以上的Mn的Si合金層填埋電極端子接合部露出面與電極端子以及陶瓷基材之間的間隙來解決上述問題。還在導(dǎo)電體露出面上形成滲碳處理層或滲硼處理層,用Si合金層填埋電極端子接合部露出面與電極端子以及陶瓷基材之間的間隙來解決上述問題。文檔編號H01B19/00GK101740183SQ200910179080公開日2010年6月16日申請日期2009年10月12日優(yōu)先權(quán)日2008年11月5日發(fā)明者宮田征一郎申請人:黑崎播磨株式會社