阅读说明：本技术 氮化铝质烧结体以及半导体保持装置 (Aluminum nitride sintered body and semiconductor holding device ) 是由 王雨丛 佐藤政宏 口町和一 于 2018-05-29 设计创作，主要内容包括：本发明的氮化铝质烧结体(1)包含含有Mg的氮化铝的晶体颗粒(2)；具有石榴石型的晶体结构且含有稀土类元素和Al的复合氧化物；以及含有Mg和Al的复合氮氧化物。在氮化铝的晶体颗粒(2)间散布有复合氧化物的颗粒(3)和复合氮氧化物的颗粒(4)。复合氧化物可以含有Y。将氮化铝的晶体颗粒(2)所包含的全部金属元素设为100mol％时,氮化铝的晶体颗粒(2)的Mg的含量可以为0.1mol％以上且1.0mol％以下。本发明的半导体保持装置具备该氮化铝质烧结体(1)和静电吸附用电极(13)。(The aluminum nitride sintered body (1) of the present invention comprises crystal particles (2) of aluminum nitride containing Mg; a composite oxide having a garnet-type crystal structure and containing a rare earth element and Al; and composite nitrogen oxides containing Mg and Al. Particles (3) of a composite oxide and particles (4) of a composite oxynitride are dispersed among crystal particles (2) of aluminum nitride. The composite oxide may contain Y. The content of Mg in the aluminum nitride crystal particles (2) may be 0.1 mol% or more and 1.0 mol% or less, assuming that all the metal elements contained in the aluminum nitride crystal particles (2) are 100 mol%. The semiconductor holding device of the present invention comprises the aluminum nitride sintered body (1) and an electrostatic adsorption electrode (13).)

氮化铝质烧结体以及半导体保持装置

技术领域

本发明涉及氮化铝质烧结体以及半导体保持装置。

背景技术

在半导体制造的干法工艺(成膜、清洗、干蚀刻等)所使用的半导体制造装置中，作为成膜用、蚀刻用、或者清洁用的物质，使用反应性高的F、Cl等卤素系等离子体。作为对在这样的半导体制造装置中使用的半导体晶片进行保持的部件，例如加热器、静电卡盘等的材料，使用氮化铝质烧结体。氮化铝质烧结体具有高机械强度、高耐热冲击性、高体积电阻率、高导热率以及对卤素系气体的高耐腐蚀性。在对卤素系气体的耐腐蚀性高的情况下，对卤素系等离子体的耐腐蚀性也高。以下，有时也将对等离子体的耐腐蚀性称为耐等离子性。

半导体集成电路要求进一步的精细化和高密度化。作为使半导体集成电路进一步精细化和高密度化的方法之一，正在尝试将半导体晶片等在例如600℃以上的高温下进行加工处理。但是，在这样的高温下，通常的氮化铝质烧结体的电阻率降低至10⁶Ωm以下，难以维持绝缘性。

作为高温区域中的绝缘性优异的氮化铝质烧结体，已知有添加了镁或添加了包含镁的化合物的氮化铝质烧结体。例如，专利文献1中，作为火花塞的绝缘件，公开了一种具有包含镁的晶界相且在700℃下的绝缘电阻高的氮化铝的陶瓷烧结体。专利文献2中，作为在800℃下的体积电阻率高的氮化铝烧结体，公开了一种包含氮化铝、稀土类化合物以及MgAl₂O₄的氮化铝烧结体。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平4-118883号公报

专利文献2：日本特开2002-220282号公报

发明内容

本发明的氮化铝质烧结体包含含有Mg的氮化铝的晶体颗粒、具有石榴石型的晶体结构且含有稀土类元素和Al的复合氧化物、以及含有Mg和Al的复合氮氧化物，在所述氮化铝的晶体颗粒间散布有颗粒状的所述复合氧化物以及所述复合氮氧化物。

本发明的半导体保持装置具有氮化铝质烧结体和静电吸附用电极，所述氮化铝质烧结体是上述的氮化铝质烧结体。

附图说明

图1是示意性地表示氮化铝质烧结体的一个实施方式中的构造的截面图。

图2是表示静电卡盘的一个例子的立体图。

图3是图2的iii-iii线截面图。

图4是表示静电卡盘的另一例的立体图。

图5是图4的v-v线截面图。

具体实施方式

如图1所示，本实施方式的氮化铝质烧结体1包含含有Mg的氮化铝的晶体颗粒2、含有稀土类元素和Al的复合氧化物、以及含有Mg和Al的复合氮氧化物。氮化铝的晶体颗粒2之间散布有颗粒状的复合氧化物以及复合氮氧化物，即，散布有复合氧化物的颗粒3以及复合氮氧化物的颗粒4。在此，颗粒状是指例如截面的最大长度与最小长度或厚度的长径比为5以下的情况。

氮化铝晶体的Al与N以1∶1的比例存在，且形成晶格。若氮化铝晶体中固溶有氧(O)，则生成Al的空位。这是因为，Al与O在2∶3的比例下变得稳定。Al的空位在高温下成为导电载体，因此具有固溶有氧的氮化铝晶体的氮化铝烧结体在高温下绝缘电阻降低。以下，有时也用体积电阻率替代绝缘电阻来进行说明。

本实施方式的氮化铝质烧结体1含有稀土类元素，因此固溶于氮化铝的晶体颗粒2的氧的一部分与稀土类元素发生反应。其结果是，氮化铝的晶体颗粒2的氧的固溶量变少。氮化铝质烧结体1所含有的稀土类元素的量越多，固溶于氮化铝的晶体颗粒2的氧的固溶量越少。

另外，氮化铝的晶体颗粒2含有Mg，即，Mg固溶于氮化铝的晶体颗粒2，由此，固溶于氮化铝的晶体颗粒2中的氧与Mg结合。其结果是，氮化铝的晶体颗粒2中的Al空位的生成受到抑制，即使在高温下也能维持高的绝缘电阻。以下，有时也将氮化铝简称为AlN。例如，有时也将氮化铝质烧结体1简称为AlN质烧结体1，将氮化铝的晶体颗粒2简称为AlN颗粒2。

进一步，本实施方式中，含有稀土类元素和Al的复合氧化物的颗粒3具有石榴石型的晶体结构。稀土类元素与Al的复合氧化物根据稀土类元素(R)与Al的比例，形成石榴石型(R₃Al₅O₁₂)、钙钛矿型(RAlO₃)、黄长石型(R₄Al₂O₉)等各种晶体结构。其中，具有石榴石型的晶体结构的复合氧化物的尤其在高温下的绝缘电阻高。因此，通过氮化铝质烧结体1中包含的颗粒3、即稀土类元素与铝的复合氧化物具有石榴石型的晶体结构，本实施方式的氮化铝质烧结体1在高温下的体积电阻率变高。以下，有时也将稀土类元素与Al的复合氧化物简称为复合氧化物，将含有稀土类元素和Al的复合氧化物的颗粒3简称为复合氧化物颗粒3。

具有石榴石型以外的晶体结构的复合氧化物也可以实质上不存在于氮化铝质烧结体1中。换言之，本实施方式的氮化铝质烧结体1也可以通过X射线衍射(XRD)的测定而检测不出石榴石结构以外的复合氧化物的晶相。

本实施方式的AlN质烧结体1进一步包含含有Mg和Al的复合氮氧化物的颗粒4。Mg和Al的复合氮氧化物(MgAlON)的耐等离子性比MgAl₂O₄、MgO等含有Mg的氧化物的耐等离子性高。这样的复合氮氧化物存在于氮化铝的晶体颗粒2间，从而AlN质烧结体1的耐等离子性变高。

另外，与MgAl₂O₄、MgO等含有Mg的氧化物相比，Mg和Al的复合氮氧化物(MgAlON)的热膨胀系数与AlN的热膨胀系数之差更小。因此，与AlN的晶体颗粒2间存在MgAl₂O₄以及MgO的情况相比，如本实施方式这样，在AlN的晶体颗粒2间存在Mg和Al的复合氮氧化物(MgAlON)的情况下，能够减小AlN的晶体颗粒2的晶界附近所受到的残留应力，AlN质烧结体1的耐等离子性变高。这样，本实施方式中，在氮化铝的晶体颗粒2间存在含有Mg和Al的复合氮氧化物的颗粒4，由此能够较高地维持氮化铝质烧结体1的耐等离子性。以下，有时也将含有Mg和Al的复合氮氧化物的颗粒4简称为复合氮氧化物颗粒4。

本实施方式中，复合氧化物颗粒3以及复合氮氧化物颗粒4散布在AlN颗粒2间。即，在AlN质烧结体1的截面上，复合氧化物颗粒3以及复合氮氧化物颗粒4并非作为连续的晶界层覆盖AlN颗粒2的表面，而是作为颗粒存在于AlN颗粒2间的晶界三重点或者二面间晶界上。换言之，AlN颗粒2与相邻的其他AlN颗粒2具有规定比例的、例如30％以上的不经由其他相(复合氧化物晶体、复合氮氧化物等晶界层)而直接接触的部分。关于AlN颗粒2彼此直接接触的部分的比例，例如可以设为在AlN质烧结体1的截面上，AlN颗粒2的轮廓与其他AlN颗粒2的轮廓直接接触的比例的平均值。

AlN具有高导热率，AlN质烧结体1的导热率受到AlN颗粒2的晶体结构、烧结体的构造的影响。例如，若AlN颗粒2中固溶有氧等其他元素而晶体结构紊乱，或导热率低的晶界层夹在AlN颗粒2间，则AlN质烧结体1的导热率降低。

在为了提高导热率以外的特性、例如AlN颗粒2的高温下的绝缘性，烧成AlN质烧结体1时使Mg固溶于AlN颗粒2情况下，或添加稀土类元素而想要减少固溶于AlN颗粒2的氧的固溶量的情况下，有时剩余的添加成分会形成晶界相而覆盖AlN颗粒2的表面，从而相邻的AlN颗粒2间的导热下降。在本实施方式中，未固溶于AlN颗粒2的复合氧化物以及复合氮氧化物并非作为晶界层覆盖AlN颗粒2的表面，而是分别作为复合氧化物颗粒3、复合氮氧化物颗粒4散布在AlN颗粒2间的晶界三重点或二面间晶界上。在这种情况下，相邻的AlN颗粒2彼此具有直接接触的部分，因此能够较高地维持AlN质烧结体1的导热率。

另外，例如，即使复合氧化物或复合氮氧化物具有低的体积电阻率，通过使复合氧化物颗粒3、复合氮氧化物颗粒4以这种方式散布，即，并非连续地存在于AlN颗粒2的晶界，而是颗粒状的复合氧化物以及复合氮氧化物分别独立地分开存在于AlN颗粒2的晶界，也能够较高地保持AlN质烧结体1的体积电阻率。

AlN颗粒2的平均粒径例如可以是10μm以下。另外，也可以是1μm以上且10μm以下，进一步也可以是3μm以上且8μm以下。通过使AlN颗粒2的平均粒径小至10μm以下，AlN质烧结体1中的晶界增多。若晶界增多，则复合氧化物以及复合氮氧化物成为颗粒状而散布于多个晶界。其结果是，能够使复合氧化物颗粒3以及复合氮氧化物颗粒4散布在AlN颗粒2间的晶界上。另外，复合氧化物颗粒3以及复合氮氧化物颗粒4的平均粒径也可以分别为3μm以下。通过将AlN颗粒2、复合氧化物颗粒3以及复合氮氧化物颗粒4的平均粒径设为这一范围，能够较高地维持AlN质烧结体1的导热率和体积电阻率。

复合氧化物颗粒3以及复合氮氧化物颗粒4散布于AlN颗粒2间这一点，例如可以通过如下方式确认。使用带有元素分析装置的扫描电子显微镜(SEM)、扫描透射电子显微镜(STEM)、透射电子显微镜(TEM)等对AlN质烧结体1的断裂面、或镜面研磨了的截面进行构造观察，确认颗粒、晶界层的存在即可。一并对观察到的颗粒、晶界层进行元素分析，确认颗粒、晶界层的成分即可。

在将AlN颗粒2中包含的全部金属元素设为100mol％时，AlN颗粒2中包含的Mg的含量、即固溶于AlN颗粒2的Mg的固溶量例如可以设为0.1～1.0mol％，尤其可以设为0.3～0.6mol％。通过将AlN颗粒2中包含的Mg的含量设为0.1mol％以上，能够提高AlN颗粒2的电阻率。通过将AlN颗粒2中包含的Mg的含量设为1.0mol％以下，能够较高地维持AlN颗粒2的导热率。通过使用AlN质烧结体1的断裂面、或镜面研磨了的截面进行AlN颗粒2的波长分散型X射线分光(WDS)、能量分散型X射线分光(EDS)、二次离子质量分析(SIMS)等的局部元素分析，能够得到AlN颗粒2中包含的Mg的含量。

形成复合氧化物颗粒3的稀土类元素的种类没有特别限定。作为稀土类元素，例如，可以举出Y、La、Ce、Ho、Gd、Nd、Sm、Dy、Yb、Er、Lu等。其中，尤其可以使用Y(钇)。Y易于与Al形成石榴石型的晶体结构，降低AlN晶体的氧的固溶量的效率高。另外，与其他稀土类元素与Al形成的石榴石型的复合氧化物相比，具有石榴石型的晶体结构的Y与Al的复合氧化物(Y₃Al₅O₁₂，也称作YAG)具有更高的体积电阻率。通过AlN质烧结体1的X射线衍射(XRD)测定能够确认AlN质烧结体1中的石榴石型的复合氧化物3的存在。

需要说明的是，AlN质烧结体1的导热率和耐等离子性也受到AlN质烧结体1的致密性的较大影响。为了实现高导热率和耐等离子性，AlN质烧结体1的开气孔率也可以为0.2％以下。

本实施方式的氮化铝质烧结体1也可以通过如下方式制作。例如，作为原料，准备纯度为99％以上、平均粒径为0.5μm～1.0μm、含氧量为1.2质量％以下的氮化铝粉末，纯度为99％以上、平均粒径为0.5μm～1.2μm、比表面积BET为3m²/g～10m²/g的稀土类化合物粉末，以及纯度为99％以上、平均粒径为0.5μm～1.2μm的含有镁(Mg)的化合物的粉末，例如氢氧化镁(Mg(OH)₂)粉末、碳酸镁(MgCO₃)粉末或氧化镁(MgO)粉末。以下，有时也将氮化铝粉末称为AlN粉末，将含有镁(Mg)的化合物称为含Mg化合物。

相对于AlN粉末100mol％，添加以氧化物换算(R₂O₃换算、R表示稀土类元素)计为0.08mol％～1.2mol％的稀土类氧化物粉末、以及以氧化物换算(MgO换算)计为0.3mol％～4.0mol％的含Mg化合物的粉末并混合，制作混合粉末。以下，若无特别说明，添加物的添加量以氧化物换算量表示。向得到的混合粉末中适当加入有机粘结剂，成形为规定的形状而得到成形体。

将得到的成形体在氮气气氛中以规定的最高温度以及烧成曲线进行烧成，由此得到本实施方式的AlN质烧结体。

通过将稀土类氧化物粉末的添加量设为相对于AlN粉末100mol％以氧化物换算计为0.08mol％以上，能够降低AlN颗粒2所包含的氧，提高AlN颗粒2的电阻率。通过将稀土类氧化物粉末的添加量设为1.2mol％以下，易于形成稀土类元素与Al的石榴石型晶体结构，难以形成其他钙钛矿型(RAlO₃)、黄长石型(R₄Al₂O₉)等高温下的电阻率和导热率低的其他晶体结构。由此，能够提高AlN质烧结体1的体积电阻率和导热率。稀土类氧化物粉末的添加量尤其可以设为0.15mol％～0.45mol％。需要说明的是，AlN粉末中添加的稀土类化合物除氧化物粉末之外，也可以使用有机盐类、无机盐类及其溶液。

通过将含Mg化合物的粉末的添加量设为相对于AlN粉末100mol％以氧化物换算计为0.3mol％以上，能够减少AlN颗粒2中存在的Al空位。通过将含Mg化合物的粉末的添加量设为4.0mol％以下，能够抑制Mg的过度固溶，并维持AlN颗粒2的导热率。含Mg化合物的粉末的添加量尤其可以设为0.5mol％～1.7mol％。需要说明的是，AlN粉末中添加的含Mg化合物除氧化镁、氢氧化镁、碳酸镁之外，也可以使用有机盐类、无机盐类及其溶液。其中，由于氢氧化镁在加热中分解，且分解的粉末的表面活性高，因此若作为含Mg化合物使用，则Mg易固溶于AlN颗粒2。

需要说明的是，相对于AlN粉末100mol％添加以氧化物换算计为1.0mol％的稀土类化合物是指，相对于100mol的AlN添加相当于1.0mol的R₂O₃的稀土类化合物。另外，相对于AlN粉末100mol％添加以氧化物换算计为1.0mol％的含Mg化合物是指，相对于100mol的AlN添加相当于1.0mol的MgO的含Mg化合物。

另外，通过将AlN粉末所包含的氧量设为1.2质量％以下，能够高效地得到具有高体积电阻率和导热率的AlN质烧结体1。

原料的混合可以使用公知的方法，例如可以使用旋转型球磨、振动型球磨、珠磨、高速搅拌等方法。成形方法可使用众所周知的成形。作为具体的成形方法，可以列举例如模压、冷等静压、刮刀法、轧制法等片成形法、挤出成形等。

烧成可在如下所示的规定条件下进行。规定条件是指涉及首先从1500℃到最高温度的升温过程中的升温温度、最高温度和保持时间、从最高温度到1400℃的冷却过程中的冷却速度的条件。

从1500℃到最高温度的升温过程中，将升温速度设为0.5℃/min～5.0℃/min。若将升温速度设为5.0℃/min以下，则在升温过程中，能够确保稀土类元素与AlN中存在的氧发生反应的时间，并且能够确保Mg向AlN颗粒2的内部扩散的时间。另外，在该升温过程中，在AlN颗粒2的表面附近，AlN与MgO发生反应而形成固溶体。该固溶体在之后的最高温度下的保持过程中形成MgAlON。通过将升温速度设为0.5℃/min以上，能够抑制AlN颗粒2的颗粒生长，得到致密的AlN质烧结体1。需要说明的是，在该升温过程中，将形成于AlN颗粒2的表面的AlN以外的化合物的相统称为晶界相。

烧成的最高温度设为1700℃～1900℃。通过将最高温度设为1700℃以上，上述的各反应充分地进行，并且致密化也进行。通过将最高温度设为1900℃以下，能够抑制AlN颗粒2的颗粒生长。从致密化的进行和抑制颗粒生长这一点出发，也可以将烧成的最高温度设为1750℃～1850℃的范围。最高温度下的保持时间可以根据原料的平均粒径、比表面积、成形体的填充率以及成形体的尺寸任意地进行改变。

在从最高温度冷却至1400℃的冷却过程中，可以将冷却温度设为0.3℃/min～5.0℃/min。在冷却过程中，伴随着温度的降低，AlN颗粒2与晶界相之间的表面张力发生变化。通过将冷却速度设为0.3℃/min以上，能够抑制AlN颗粒2的颗粒生长，得到致密的AlN质烧结体1。通过将冷却速度设为5.0℃/min以下，能够根据AlN颗粒2与晶界相之间的表面张力的变化来确保晶界相移动的时间。其结果是，晶界相从二两面间晶界向晶界三重点集中，或者晶界相在二面间晶界上局部凝集而形成颗粒状，从而成为具有在AlN颗粒2间散布有复合氧化物颗粒3以及复合氮氧化物颗粒4的构造的AlN质烧结体1。在这样的AlN质烧结体1中，AlN颗粒2彼此具有在晶界上直接接触的部分。其结果是，成为具有高导热率和体积电阻率的AlN质烧结体1。

在冷却过程中，若冷却速度超过5.0℃/min，则难以保证晶界相移动的时间。因此，存在晶界相覆盖AlN颗粒2的表面从而相邻的AlN颗粒2间的导热下降的可能。

需要说明的是，也可以代替如上述那样的升温过程的升温速度的控制以及冷却过程的冷却速度的控制，在烧成工序中增加例如在升温过程的特定温度以及冷却过程的特定温度下保持规定时间的过程。

本实施方式的AlN质烧结体1中，作为金属元素，除上述的Al、Mg、稀土类元素(R)以外，还可以在0.5质量％以下的范围内含有Si、Ca、Ti、Mn、Ni、Mo、W等。通过添加这些金属元素，能够提高烧结性以及与电极的接合性而不降低需要的功能。

图2是表示作为半导体保持装置的静电卡盘的一个例子的立体图，图3是图2的iii-iii线截面图。如图3所示，静电卡盘11在具有绝缘性的陶瓷基体12的表面具备静电吸附用电极13。在陶瓷基体12的表面以覆盖静电吸附用电极13的方式设置有电介质层14。电介质层14的上表面是吸附Si晶片等被固定物15的吸附面16。在静电卡盘11的与吸附面16相反的面设置有与静电吸附用电极13电连接的供电端子17。

电介质层14使用机械强度和耐热冲击性优异、体积电阻率高、导热率高、对卤素系气体的耐腐蚀性高的本实施方式的氮化铝质烧结体1。

陶瓷基体12也可以由氧化铝、氮化硅、氮化铝等具有绝缘性的陶瓷形成。特别是通过以氮化铝质烧结体1形成陶瓷基体12，能够实现与构成电介质层14的氮化铝质烧结体1的同时烧成。另外，通过使陶瓷基体12与电介质层14同样地由氮化铝质烧结体1形成，陶瓷基体12与电介质层14之间的热膨胀系数之差得以降低。其结果是，烧成时不容易产生翘曲、歪曲等变形，能够得到可靠性高的静电卡盘11。

静电吸附用电极13以及供电端子17可以由钨、钼、铂等耐热性金属形成。这些耐热性金属具有与构成陶瓷基体12的氮化铝质烧结体1相似的热膨胀系数。因此，若静电吸附用电极13以及供电端子17中使用上述的耐热性金属，则在烧成时以及加热时的、静电吸附用电极13以及供电端子17与陶瓷基体12的密合性变高。另外，在供电端子17暴露于腐蚀性气体这样的情况下，供电端子17也可以使用铁-钴-铬合金来形成。

图2、图3中示出了在陶瓷基体12的内部仅具备静电吸附用电极13的静电卡盘11，例如，静电卡盘11中除了静电吸附用电极13以外也可以埋设加热电极。通过埋设加热电极，能够使静电卡盘11直接发热，与间接加热方式的情况相比，能够大幅度地抑制热损失。

图4是表示作为半导体保持装置的静电卡盘的其他例子的立体图，图5是图4的v-v线截面图。静电卡盘11具备具有绝缘性的绝缘性基体12和由本实施方式的氮化铝质烧结体1构成的圆盘状的电介质板14。电介质板14的下表面形成有静电吸附用电极13。绝缘性基体12与电介质板14经由玻璃、焊料或粘接剂等接合剂18而接合。静电吸附用电极13内置于绝缘性基体12与电介质板14之间。电介质板12的上表面是吸附Si晶片等被固定物15的吸附面16。在静电卡盘11的与吸附面16相反的表面设置有与静电吸附用电极13电连接的供电端子17。

绝缘性基体12可以由蓝宝石、氧化铝、氮化硅、氮化铝等各种陶瓷等绝缘材料形成。静电吸附用电极13的材质可以为铜、钛等金属或TiN、TaN、WC等。静电吸附用电极13可以通过蒸镀、金属化、镀敷、PVD、CD等的方法形成在电介质板14的下表面。

事先分别各自制作好电介质板14和绝缘性基体12，并通过接合剂18接合，由此能够容易地制造静电卡盘11。

需要说明的是，虽然上述的各个例子中示出了单电极型的静电卡盘11的例子，但也可以是双电极型的静电卡盘。

如图2、图3、图4以及图5中所示的半导体保持装置的基体12的内部可以具有流通热介质的流路。通过使热介质在基体12的内部设置的流路中流过，能够更加容易地进行固定于吸附面16的被固定物15的温度控制。

实施例

作为原料，以表1所示的比率调配纯度为99％、平均粒径为0.7μm、含氧量为1.0质量％的氮化铝粉末，纯度为99％以上、比表面积(BET)为7m²/g以上的各种稀土类氧化物粉末，以及纯度为99.5％、平均粒径为5μm的氢氧化镁(Mg(OH)₂)粉末。在调配的原料中，添加异丙醇(IPA)作为溶剂，通过球磨进行混合、干燥，由此得到混合粉末。

相对于得到的混合粉末100重量份，作为粘结剂添加8重量份的石蜡后，以100MPa的压力冲压成形，进一步进行300MPa的等静压处理，制作直径为60mm、厚度为4mm的圆盘状的成形体。

在真空中对制造的成形体进行热处理，去除粘结剂。将去除了粘结剂的成形体放入氮化铝制的烧成容器中，在氮气气氛下，以表1所示的烧成条件、即，升温速度、保持温度和时间、以及降温速度进行常压烧成，得到氮化铝(AlN)质烧结体。

由基于阿基米德法的密度测定计算所得到的AlN质烧结体的开气孔率。表2示出了AlN质烧结体的开气孔率。

通过扫描电子显微镜(SEM)和波长分散型X射线分光(WDS)分析所得到的AlN质烧结体的构造。镜面研磨氮化铝质烧结体的截面，通过SEM观察来辨别AlN颗粒，对AlN颗粒的中心部进行元素分析，由此确认AlN颗粒的Mg含量。AlN颗粒的元素分析针对各试样的各10个AlN颗粒进行，求出Mg含量的平均值。AlN颗粒的Mg含量示于表2。

对AlN质烧结体的断裂面进行SEM观察，由此确认了含有稀土类元素和Al的复合氧化物与含有Mg和Al的复合氮氧化物的有无及其形态。确认AlN以外的相的元素分析及其长径比来判断复合氧化物颗粒和复合氮氧化物颗粒的有无。在AlN质烧结体的截面中确认到的复合氧化物以及复合氮氧化物中，将颗粒状的复合氧化物以及复合氮氧化物以面积比计为30％以上的情况记为○，由覆盖AlN颗粒的连续的晶界层构成的情况记为×，记载于表2中。需要说明的是，将复合氧化物以及复合氮氧化物的截面的最大长度与最小长度的长径比为5以下的情况视为颗粒状。

通过AlN质烧结体的X射线衍射(XRD)测定来确认含有稀土类元素和Al的复合氧化物的晶体结构。含有Mg和Al的化合物通过AlN质烧结体的截面构造的局部元素分析来确认，并示于表2。由于MgAl₂O₄晶体与MgAlON晶体存在XRD的峰值重合的情况，因此将局部元素分析仅检测到Mg、Al、O的颗粒或晶界相设为MgAl₂O₄，检测到Mg、Al、O以及N的颗粒或晶界相设为MgAlON。

基于JIS2141测定了AlN质烧结体的体积电阻率。各试样在700℃下的体积电阻率示于表2。通过激光闪光法测定AlN质烧结体的导热率。结果示于表2。

使用等离子体反应装置进行AlN质烧结体的耐等离子性的评价。作为氟系气体，使用CF₄、CHF₃以及Ar的混合气体。对混合比率而言，将CF₄设为20体积％，将CHF₃设为40体积％，将Ar设为40体积％。将镜面研磨了表面的AlN质烧结体设置在等离子体反应装置的腔内，将混合气体导入腔内，在将腔内的压力保持为10Pa的状态下，以0.8W/cm²的电力产生高频等离子体，蚀刻AlN质烧结体两小时。耐等离子性以蚀刻速率(μm/h)表示，并示于表2。

表1

*1相对于100mol％的AlN，各添加物的换算为R₂O₃或MgO的mol比率。

其中，R表示稀土类元素。

表2

*2复合氧化物以及复合氮氧化物的状态、○：长径比为5以下的颗粒状为30％面积以上的情况、×：由覆盖AlN粒子的连续的晶界层构成的情况。

在由覆盖AlN颗粒的连续的晶界层构成的试样No.30、AlN颗粒中未固溶Mg的试样No.13、23以及24中，体积电阻率、导热率、耐等离子性都低，与此相对，试样No.1～12、14～22、25～29包含固溶有Mg的AlN颗粒、含有稀土类元素和Al且具有石榴石型的晶体结构的复合氧化物颗粒、以及含有Mg和Al的复合氮氧化物的颗粒，均具有在700℃下的体积电阻率超过1×10⁶Ωm、导热率为120W/mK以上的高特性。另外，相对于卤素系气体的等离子体具有高耐腐蚀性。特别是，试样No.1～8、14～22、25～29由含有稀土类元素和Al的复合氧化物的颗粒具有石榴石型的晶体结构的试样构成，在700℃下具有1.2×10⁷Ωm以上这样的高体积电阻率。

符号说明

1：氮化铝质烧结体

2：氮化铝的晶体颗粒

3：含有稀土类元素和Al的复合氧化物的颗粒

4：含有Mg和Al的复合氮氧化物的颗粒

11：静电卡盘

12：基体

13：静电吸附用电极

14：电介质层

15：被固定物

16：吸附面

17：供电端子

18：接合材料