DE69706734T2

DE69706734T2 - Aluminiumnitrid-Sinterkörper, eingebetteter Metallgegenstand, Elektronikfunktionsmaterial und elektrostatische Einspannvorrichtung

Info

Publication number: DE69706734T2
Application number: DE69706734T
Authority: DE
Inventors: Yuki Bessho; Yuji Katsuda; Yukimasa Mori; Michio Takahashi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1997-03-26
Publication date: 2002-07-04
Anticipated expiration: 2017-03-27
Also published as: DE69706734D1; EP1128425B1; EP0798278A3; US6001760A; TW561138B; DE69736205D1; EP0798278A2; JPH09315867A; DE69736205T2; KR19980023985A; EP1128425A1; JP3457495B2; EP0798278B1; KR100268481B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuartigen Aluminiumnitrid-Sinterkörper mit hoher Reinheit und niedrigem spezifischem Volumenwiderstand, in Metall eingebettete Artikel, elektronische funktionelle Materialien und elektrostatische Halterungen unter Verwendung des Aluminiumnitrid-Sinterkörpers.

Beschreibung des verwandten Stands der Technik

Derzeit werden in Filmbildungsverfahren, umfassend die Schritte des Übertragens, Belichtens, chemischen Dampfabscheidens, Sputterns und dergleichen, sowie nachfolgende Schritte, wie z. B. mikromaschinelles Bearbeiten, Waschen, Ätzen, Dicen und dergleichen, von Halbleiterwafern elektrostatische Halterungen verwendet, um die Halbleiterwafer anzuziehen und festzuhalten. Als Substrat solcher elektrostatischer Halterungen werden dichte Keramikmaterialien verwendet. Insbesondere in Vorrichtungen zur Fertigung von Halbleitern werden halogenhältige korrosive Gase, wie z. B. ClF&sub3; und dergleichen, häufig als Ätz- oder Reinigungsgase eingesetzt. Damit sich der Halbleiterwafer rasch erhitzt oder abkühlt, während er festgehalten wird, sollte das Substrat der elektrostatischen Halterung hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Ferner ist es wünschenswert, dass es hohe Thermoschockbeständigkeit aufweist, sodass es nicht infolge rascher Temperaturveränderungen bricht. Dichtes Aluminiumnitrid besitzt hohe Korrosionsbeständigkeit gegen die oben erwähnten halogenhältigen korrosiven Gase. Es ist außerdem bekannt, dass ein derartiges Aluminiumnitrid ein Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist, dessen spezifischer Volumenwiderstand bei Raumtemperatur zumindest 10¹&sup4; Ω.cm beträgt. Ferner ist bekannt, dass Aluminiumnitrid hohen Thermoschockwiderstand aufweist. Daher ist es vorzuziehen, ein Substrat einer elektrostatischen Halterung für Vorrichtungen zur Halbleiterfertigung aus Aluminiumnitrid-Sinterkörper auszubilden.
Um jedoch in den Halbleiter-Erzeugungsgeräten die elektrostatische Halterung als Mittel zum Festhalten der Halbleiterwafer verwenden zu können, ist es notwendig, die Anziehungskraft der elektrostatischen Halterung zu erhöhen und folglich den spezifischen Widerstand des Substrats zu senken. In der JP-A-7-19831 wird geoffenbart; dass zur Erhöhung der Anziehungskraft der elektrostatischen Halterung durch Senken des Widerstands der dielektrischen Isolierschicht der elektrostatischen Halterung ein Isoliermaterial mit hohem spezifischem Volumenwiderstand mit einem leitenden oder halbleitenden Material versehen wird, um den Widerstand der dielektrischen Isolierschicht auf höchstens 10¹³ Ω.cm einzustellen. In der JP-A-2-22166 werden Aluminiumoxid als Hauptkomponente enthaltende Keramik-Ausgangsmaterialien in einer reduzierenden Atmosphäre gebrannt, um dielektrische Keramikmaterialien für elektrostatische Halterungen herzustellen. Das Keramik-Ausgangsmaterial enthält in diesem Fall ein Seltenerdmetall und ein Übergangsmetall in einer Menge (berechnet als Oxid) von 1-6% bzw. 0,5-6 Gew.-%. Dieses Verfahren zielt darauf ab, die Dielektrizitätskonstante zu erhöhen und gleichzeitig den spezifischen Volumenwiderstand auf 10¹²-10¹&sup8; Ω.cm zu senken, indem TiO&sub2; mit dem Aluminiumoxid-Keramikmaterial vermischt wird, wodurch hohe Anziehungskraft erzielt wird.
Bei einem derartigen Verfahren treten jedoch dahingehend Probleme auf, dass dürch Korrosion von Erdalkalimetallen und Übergangsmetallen erzeugte Produkte Teilchen entstehen fassen.
Hochgereinigte Aluminiumnitrid-Sinterkörper eignen sich allerdings nicht zum Formen eines Substrats für elektrostatische Halterungen für Vorrichtungen zur Halbleitererzeugung, da sie einen hohen spezifischen Volumenwiderstand von zumindst 10¹&sup4; Ω.cm aufweisen. Um sie mit ausreichender Anziehungskraft auszustatten, ist es notwendig, eine extrem dünne dielektrische Isolierschicht mit einer Dicke von 300 um oder weniger auszubilden. Es stellte sich jedoch heraus, dass beim Kontakt einer solchen dünnen dielektrischen Isolierschicht mit halogenhältigem korrosivem Gas oder Plasma über einen langen Verwendungszeitraum die Möglichkeit besteht, dass die Isolierung zusammenbricht und dergleichen (beginnend an einem Punkt der reaktiven Schichten an der Oberfläche der dielektrischen Isolierschicht). Daher stellte sich heraus, dass die dielektrische Isolierschicht vorzugsweise eine Dicke von 500 um oder mehr aufweisen sollte.
In herkömmlichen elektrostatischen Halterungen aus Aluminiumnitrid-Sinterkörper führt aber eine solche dicke dielektrische Isolierschicht zu einer Abnahme der Anziehungskraft der elektrostatischen Halterungen. Insbesondere in einem Tieftemperaturbereich, in dem der spezifische Volumenwiderstand hoch ist, ist es schwierig, für ausreichende Anziehungskraft zu sorgen. Es werden bei einer tiefen Temperatur von -50ºC bis -60 ºC Trockenätzverfahren durchgeführt; bei relativ niedriger Temperatur von etwa 100ºC werden CVD-Verfahren mit hochverdichtetem Plasma durchgeführt. Bei diesen Tieftemperaturverfahren ist es schwierig, konstant für eine vorbestimmte Anziehungskraft zu sorgen.
Aus diesem Grund untersuchten die Anmelder erneut das Thema der Aluminiumnitrid- Sinterkörper.
Bei elektrostatischen Halterungen mit Aluminiumnitrid-Substrat wurde z. B. der Effekt des Hinzufügens eines Materials mit geringem Widerstand zum Aluminiumnitrid-Substrat in der Beschreibung der JP-A-7-19831 untersucht. Aufgrund dieses Verfahres konnte der spezifische Volumenwiderstnad des Aluminiumnitrid-Sinterkörpers auf nicht mehr als 10¹³ Ω.cm reduziert werden. Bei dieser elektrostatischen Halterung besteht allerdings die Möglichkeit, dass der Halbleiter durch Ablösung des hinzugefügten Metalls mit geringem Widerstand oder dergleichen von der Oberfläche des Substrats verschmutzt wird.
Alternativ dazu wurde vorgeschlagen, die Wärmeleitfähigkeit sowie die Dichte von Aluminiumnitrid zu verbessern, indem ein Oxid oder Carbonat eines Seltenerdelements, wie z. B. Yttrium oder dergleichen, als Sinterhilfe einem Aluminiumnitrid-Ausgangsmaterial zugesetzt wird (JP-A-63-46032). Durch Verwendung einer solchen Sinterhilfe können dichte Aluminiumnitrid-Sinterkörper sogar nach einem Normaldruck-Sinterverfahren hergestellt werden. Solche Aluminiumnitrid-Sinterkörper besitzen allerdings einen hohen spezifischen Volumenwiderstand, und selbst jene mit etwa 99% relativer Dichte besitzen einen spezifischen Volumenwiderstand von 10¹³-10¹&sup5; Ω.cm.
Die US-A-5.376.601 betrifft AlN-Formteile, wobei insbesondere ein Beispiel eine Probe mit 120 ppm Y und 280 ppm anderer kationischer Metalle als Al (einschließlich Y) beschreibt. In einem weiteren Beispiel werden Ausgangsmaterialien mit variierenden Mengen an Sauerstoff angeführt.
Die FR-A-2.637.887 betrifft AlN-Sinterkörper. In einem Beispiel werden Sinterkörper aus AlN-Pulver mit Y-, La- und Nd-Oxidadditiven beschrieben. Der Sauerstoffgehalt der Körper wird mit 0,5 bis 0,7% angegeben.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher ein Ziel der Erfindung, einen neuartigen Aluminiumnitrid-Sinterkörper mit hoher Reinheit und niedrigem spezifischem Volumenwiderstand bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines neuartigen elektronischen funktionellen Materials, das einen derartigen Aluminiumnitrid-Sinterkörper mit einem spezifischen Volumenwiderstand umfasst, der jenem von Halbleitern entspricht, und einer elektrostatischen Halterung unter Verwendung eines derartigen Aluminiumnitrid-Sinterkörpers.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Aluminiumnitrid-Sinterkörper bereitgestellt wie in Anspruch 1 dargelegt.
Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Gegenstand bereitgestellt, der einen Aluminiumnitrid-Sinterkörper gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und ein darin eingebettetes Metallelement umfasst. Dieser Aspekt bietet ferner ein elektronisches funktionelles Material, das den obigen Aluminiumnitrid-Sinterkörper umfasst.
Gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung wird eine elektrostatische Halterung mit Anziehungskraft bereitgestellt, um einen Halbleiter anzuziehen und festzuhalten, umfassend ein Substrat mit dem Aluminiumnitrid-Sinterkärper, eine darin eingebettete plattenförmige Elektrode und eine Stromquelle zur Versorgung der plattenförmigen Elektrode mit Gleichstrom.
Den Anmeldern ist es im Zuge der Fertigung des Aluminiumnitrid-Sinterkörpers, der höchstens 900 ppm von zumindest einer anderen Metallverunreinigung als Seltenerdelementen enthält, überraschenderweise gelungen, einen Aluminiumnitrid-Sinterkörper mit einem spezifischen Volumenwiderstand von höchstens 1 · 10¹² Ω.cm bereitzustellen, indem der Anteil der Seltenerdelemente (berechnet als Oxide) im Sinterkörper auf höchstens 0,5 Gew.-% eingestellt wird und indem das Sintern vorzugsweise solcherart abläuft, dass Aluminiumnitrid-Kristallkörner, aus denen der Körper besteht, einen mittleren Korndurchmesser von zumindest 3,0 um aufweisen. Der Grund für ein solches Ergebnis ist nicht klar, doch man kann die folgenden Mutmaßungen anstellen.
Der Widerstand von Aluminiumnitrid-Sinterkörpern kann - allgemein gesprochen - als Widerstand eines Schaltkreises berechnet werden, der durch Serien- und Parallelschaltung von Aluminiumnitrid-Kristallkornwiederständen mit Korngrenzenwiderständen gebildet wird. Die Anmelder beschleunigten die Verdichtung von Sinterkörpern, indem Aluminiumnitrid-Teilchen mit hoher Reinheit verwendet wurden, eine geringe Menge an Seltenerdelement damit vermischt wurde und hoher Druck durch Heißpressen oder dergleichen ausgeübt wurde.
Wenn die Seltenerdelement-Verbindung dabei in einer Menge von mehr als 0,5 Gew.- % eingemischt wird, diffundiert während des Brennens Sauerstoff, der in den Ausgangsteilchen enthalten ist, zur Außenseite der Teilchen hin. Im Gegensatz dazu kann gemäß der Erfindung durch Verringern der Menge der Seltenerdelement-Verbindung und Ausübung von hohem Druck während des Sinterns dafür gesorgt werden, dass der Sauerstoff in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern im Zustand einer festen Lösung verbleibt. Dieser - Sauerstoff in den Kristallkörnern ersetzt Stickstoffatome in AlN, um ein: Donatorniveau im Bandabstand zu bilden, sodass die Elektronenleitfähigkeit in den Körnern verbessert wird. Wie oben erwähnt, ist die feste Lösung von Sauerstoff in Aluminiumnitrid-Kristallkörnern wesentlich, um den Widerstand jedes Kristallkorns zu verringern.
Üblicherweise werden Seltenerdelemente, wie z. B. Yttrium oder dergleichen, als Sinterhilfen mit Aluminiumnitrid-Sinterkörpern in einer Menge (berechnet als Oxid) von mehreren Gewichtsprozent vermischt (siehe JP-A-63-46032). Wenn diese Menge deutlich geringer ist, kann ein dichter Körper durch Sintern unter Normaldruck kaum erhalten werden. Außerdem wurde eine Studie durchgeführt, um die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid-Sinterkörpern durch Erhöhen der Menge dieser zugegebenen Sinterhilfen zu erhöhen. Es entspricht also der Praxis, mehrere Gewichtsprozent Sinterhilfe zuzugeben, um die Porosität zu senken und die Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumnitrid-Sinterkörpern zu erhöhen.
Das Ausgangspulver von Aluminiumnitriden enthält innerhalb seiner Teilchen weiters Sauerstoff. Der in jedem Teilchen enthaltene Sauerstoff diffundiert aufgrund der Wirkung der Sinterhilfe während des Sinterns zur Außenseite der Teilchen hin. Man nimmt an, dass die Wärmeleitfähigkeit durch immer umfangreicheres Ableiten des Sauerstoffs aus den Aluminiumnitrid-Teilchen verbessert wird.
Man geht davon aus, dass Sauerstoffatome eine Verunreinigung darstellen, die sogar nach dem Sintern noch in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern zu finden ist. Daher wurde eine Studie zur Verringerung der Sauerstoffmenge in den Körnern durchgeführt, um die Wärmeleitfähigkeit von Sinterkörpern zu verbessern. Eine Untersuchung der Nutzung von Aluminiumnitrid-Sinterkörpern als Material mit einem spezifischen Volumenwiderstand im Bereich von Halbleitern wurde bislang noch nicht durchgeführt.
Gemäß der Erfindung wird hingegen die Menge des in den Körnern verbleibenden Sauerstoffs nach dem Drucksintern durch Einstellen der Menge der eingemischten Seltenerdelement-Verbindung und Erhöhen des Drucks während des Sinterns reguliert, sodass Sauerstoff als Donor zurückbleibt, um den Widerstand jedes Kristallkorns zu senken. Es ist ein gänzlich neues Konzept, dass der nach dem Sintern in Kristallkörnern verbleibende Sauerstoff als Donor dient, um den spezifischen Volumenwiderstand von Aluminiumnitrid-Sinterkörpern auf die gleiche Ebene wie Halbleiter zu senken.
Der Gehalt des bzw. der Seltenerdelemente in den Aluminiumnitrid-Sinterkörpern darf nicht mehr als 0,5 Gew.-% (berechnet als Oxid) betragen. Wenn er 0,5 Gew.-% übersteigt, diffundiert der in Kristallkörnern enthaltene Sauerstoff während des Sinterns zur Außenseite der Körner hin. Wenn der Sauerstoff so hinausgespült und das Innere der Körner gereinigt ist, nimmt die Wärmeleitfähigkeit infolge der Verringerung der Phononen-Streuung mit abnehmendem Sauerstoff zu, doch der Widerstand jedes Korns nimmt ebenfalls zu. Außerdem bilden Seltenerdelemente, die an Grenzen und Tripelpunkten jedes Aluminiumnitrid-Kristallkorns zurückbleiben, eine intergranuläre Phase. Diese bringt das Kristallgitter in der Nähe der Korngrenze jedes benachbarten Aluminiumnitrid-Kristallkorns in Unordnung und lockert den Zusammenhalt zwischen den Kristallkörnern. Man geht davon aus, dass die Reduktion des spezifischen Volumenwiderstands des Sinterkörpers bislang durch eine solche Unordnung an jeder Korngrenze von Kristallkörnern verhindert wurde. In den erfindungsgemäßen Aluminiumnitrid- Sinterkörpern kann selbst die Unordnung der Atomanordnung der Aluminiumnitrid-Kristallkorngrenze kaum beobachtet werden.
Der spezifische Volumenwiderstand der Sinterkörper kann durch Verringern der Menge der Seltenerdelemente auf nicht mehr als 0,1 Gew.-% weiter gesenkt werden.
Es ist notwendig, dass die Menge der Seltenerdelemente im Sinterkörper zumindest 150 ppm beträgt. Es stellte sich heraus, dass die Reduktion des spezifischen Volumenwiderstands besonders deutlich ist, wenn sie zumindest 300 ppm beträgt. Demzufolge beträgt die Menge der Seltenerdelemente im Sinterkörper vorzugsweise zumindest 300 ppm.
Besonders zur Verwendung in Halbleiterverfähren sind Alkalimetalle und Übergangsmetalle, die in diesen Verfahren als Verunreinigungen gelten, nicht bevorzugt Ferner geht man davon aus, dass andere Metallverunreinigungen als Seltenerdelemente innerhalb der Körner oder an Korngrenzen vorhanden sind und eine Erhöhung des Widerstands innerhalb der Körner oder an der Korngrenze bewirken.
In der Erfindung ist es notwendig, Ausgangsmaterialien hoher Reinheit zu verwenden; konkreter gesprochen darf der Gehalt an anderen Metallverunreinigungen als Seltenerdelementen nicht mehr als 900 ppm betragen. Wenn er über 900 ppm hinausgeht, zeigt sich die Tendenz der Zunahme des spezifischen Volumenwiderstands des Sinterkörpers. Da diese Metalle als Verunreinigungen enthalten sind, ist es vorzuziehen, dass ihre Menge so gering wie möglich ist. Die Menge der Metallverunreinigungen außer Seltenerdelemente beträgt vorzugsweise höchstens 500 ppm, noch bevorzugter höchstens 100 ppm, einschließlich von 0 ppm bis unter die Nachweisgrenze.
Der mittlere Korndurchmesser der Aluminiumnitrid-Kristallkörner in den Sinterkörpern beträgt vorzugsweise zumindest 3,0 um, noch bevorzugter zumindest 4,0 um, am bevorzugtesten zumindest 5,0 um.
Wen der mittlere Korndurchmesser der Kristallkörner zunimmt, verringert sich die Anzahl der Kristallkorngrenzen pro Längeneinheit des Leitungswegs im Sinterkörper. Im Allgemeinen ist der Widerstand der Kristallkorngrenze größer als jener in den Kristallkörnern, z. B. wenn die Sintertemperatur zur Züchtung von Kristallen erhöht wird, kann man eine Tendenz zur Verringerung des Volumenswiderstands beobachten. Es ist wichtig, die Anzahl der Korngrenzen pro Anzahl an Körnern zu verringern, um den spezifischen Volumenwiderstand des Sinterkörpers zu erhöhen. Wenn die Kristallkörner so gezüchtet wurden, dass sie einen mittleren Korndurchmesser von weniger als 3,0 um aufweisen, steigt auch der Widerstand des Sinterkörpers, da die Häufigkeit der Korngrenzen pro Leitungsweg zunimmt.
Die Aluminiumsinterkörper besitzen eine relative Dichte von zumindest 98,5% wobei der spezifische Volumenwiderstand der Sinterkörper dadurch weiter abnimmt. Die relative Dichte der Sinterkörper beträgt vorzugsweise zumindest 99,0%, noch bevorzugter zumindest 99,6%.
Wie oben erwähnt müssen gemäß der Erfindung die Aluminiumnitrid-Sinterkörper extrem verdichtet sein; gleichzeitig nimmt die Menge der zugesetzten Seltenerdelemente auf einen solchen Wert ab, dass die Seltenerdelemente im Wesentlichen nicht als Sinterhilfe dienen können. Gleichzeitig muss die Menge anderer zuzugebender Metallelemente, die als Sinterhilfe dienen sollen, möglichst reduziert werden. Unter solchen Bedingungen kann im Allgemeinen nur eine relative Dichte von höchstens 90% mittels Normaldrucksinterns erzielt werden.
Um erfindungsgemäße Aluminiumnitrid-Sinterkörper zu erhalten, ist es daher notwendig, ein Drucksinterverfahren, wie z. B. ein Heißpressverfahren und ein isostatisches Heißpressverfahren, durchzuführen, wodurch die Aluminiumnitrid-Sinterkörper ohne Sinterhilfe verdichtet werden können.
Einer der Hauptvorteile der Erfindung besteht darin, dass auch mechanischer Druck während des Brennens ausgeübt werden kann. Beispielsweise gilt gemäß dem Stand der Technik das Heißpressverfahren als Verfahren zum Anlegen von mechanischem Druck, um die Verdichter der Sinterkörper zu erhöhen.
Gemäß der Erfindung dient es jedoch nicht nur zur Förderung der Verdichtung der Sinterkörper. Unter Hochtemperaturbedingungen während des Brennens besteht die Möglichkeit, dass der Elektronenzustand der Aluminiumnitrid-Kristallkörner oder Korngrenzen synergistisch durch geringe Mengen an Seltenerdelementen gestört wird, die an der Oberfläche der Aluminiumnitridkörner vor dem Brennen vorlagen, was beim Normaldrucksintern nicht eintreten würde. Man nimmt an, dass eine solche Beeinträchtigung die Anordnung der Aluminiumatome und Stickstoffatome an den Grenzen benachbarter Kristallkörner beeinflusst und somit den Widerstand an den Korngrnzen verringert. Es ist sehr wahrscheinlich, dass dies die Reduktion des Widerstands an den Korngrenzen herbeiführt und auch den Widerstand innerhalb der Körner verringert.
Die so erhaltenen Aluminiumnitrid-Sinterkörper der Erfindung weisen überraschenderweise einen spezifischen Volumen widerstand im Bereich von 1 · 10¹² bis 1 · 10&sup6; Ω.cm, insbesondere von höchstens 1 · 10¹¹ Ω.cm, noch häufiger von höchstens 1 · 10¹&sup0; Ω.cm, auf. Ein solcher Bereich des spezifischen Volumenwiderstands fällt auch in den Bereich von Halbleitern. Die Erfindung betet mit ihren hochreinen Aluminiumnitrid-Sinterkörpern, die sehr geringe Mengen an Metallverunreinigungen und Seltenerdelementen enthalten, zum ersten Mal Sinterkörper mit einem spezifischen Volumenwiderstand im Halbleiterbereich. In dieser Hinsicht stellt die vorliegende Erfindung eine epochale Leistung dar.
Außerdem wurden Aluminiumnitrid-Sinterkörper bislang als elektrisch isolierendes Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit untersucht. Es wurden Versuche unternommen, den Widerstand durch Dotieren von Aluminiumnitrid-Sinterkörpern mit elektrischen Leitern oder Halbleitern zu reduzieren. Es wurde jedoch keine Studie durchgeführt, um den Widerstand der Aluminiumnitrid-Kristallkörner an sich zu senken, wie das die Erfindung macht.
Die Anmelder untersuchten die Grenzen jedes Kristallkorns und befassten sich mit dem Grund für die drastische Abnahme des spezifischen Volumenwiderstands des Sinterkörpers. Wenn kein Seltenerdelement zugegeben wurde (siehe oben), nahm der spezifische Volumenwiderstand des Sinterkörpers nicht so stark ab wie in der Erfindung, und die Seltenerdelemente bildeten keine fest Lösung in den Kristallkörnern, sodass man mutmaßen kann, dass der Widerstand an den Kristallkorngrenzen gesenkt werden könnte, wenn eine sehr geringe Menge an Seltenerdelementen an den Grenzen benachbarter Kristallkörner vorläge.
Die Anmelder stellten im Zuge der unten beschriebenen Messverfahren tatsächlich fest, dass Seltenerdelemente im Wesentlichen nicht innerhalb der Aluminiumnitrid-Kristallkorngrenzen, sondern an der Grenze zweier benachbarter Aluminiumnitrid-Kristallkörner vorliegen. Der Satz "Seltenerdelemente liegen im Wesentlichen nicht in den Kristallkörnern vor" bedeutet hierin, dass mittels EDS (Energiedispersions-Röntgenstrahlen- Spektrometer) kein Peak erhalten wird, der Seltenerdelementen entspricht.
Es stellte sich heraus, dass die Seltenerdelemente an der Korngrenze zweier benachbarter Aluminiumnitrid-Kristallkörner vorliegen, aber keine kristalline Phase bilden und an der Korngrenze zwischen Kristallkörnern auf atomarer Ebene vorhanden sind. Ferner stellte sich heraus, dass an der Korngrenze zweier benachbarter Aluminiumnitrid-Kristallkörner der ungeordnete Abschnitt der Kristallgitter, aus denen jedes Aluminiumnitrid- Kristallkorn besteht, kaum beobachtet werden kann und dass die Breite dieses Abschnitts höchstens 5 nm beträgt, insbesondere höchstens 1 nm. In einigen gemessenen Proben konnte eine solche Unordnung der Kristallgitter an den Grenzflächen der Körner im Wesentlichen nicht beobachtet werden. Man mutmaßt, dass der Widerstand zwischen Kristallkörnern extrem reduziert ist, da eine spezifische Mikrostruktur an der Korngrenze der Kristallkörner vorliegt.
Die Anmelder untersuchten ferner den Tripelpunkt (gebildet durch drei Aluminiumnitrid-Kristallkörner) in den Aluminiumnitrid-Sinterkörpern und stellten fest, dass die kristalline Phase am Tripelpunkt im Wesentlichen keine Seltenerdelemente enthält. Anhand dieses Ergebnisses nimmt man an, dass die Seltenerdelemente als extrem dünne amorphe Phase nahe der Oberfläche oder an der Oberfläche jedes Aluminiumnitrid-Kristallkorns vorliegen. Sogar am Tripelpunkt existieren Seltenerdelemente nur in der Nähe der Oberfläche oder an der Oberfläche der Kristallkörner.
Ausgehend von diesen Ergebnissen erkennt man, weshalb der spezifische Volumenwiderstand extrem reduziert ist, wenn viele Metallverunreinigungen außer Seltenerdelementen enthalten sind. Eine solche Metallatomverunreinigung bildet eine teste Lösung innerhalb der Aluminiumnitrid-Kristallkörner oder liegt an den Korngrenzen vor, und diese Kristallkörner oder Kristallgrenzen besitzen einen hohen Widerstand.
Die Differenz zwischen der gesamten Sauerstoffmenge in einem Aluminiumnitrid-Sinterkörper und der Sauerstoffmenge in den angenommenen Oxiden von Seltenerdelementen beträgt zumindest 0,5 Gew.-%. Diese Differenz stellt auch den Anteil des Sauerstoffs dar, der in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern verbleibt. Durch Erhöhen dieses Anteils auf zumindest 0,5 Gew.-% kann der Widerstand der Kristallkörner an sich verringert werden, wodurch der spezifische Volumenwiderstand des gesamten Sinterkörpers auch extrem gesenkt werden kann. Die Obergrenze beträgt jedoch 2,0 Gew.-%.
Die Anmelder haben für jede Probe der erfindungsgemäßen Aluminiumnitrid-Sinterkörper mit niedrigem spezifischem Volumenwiderstand Spektren mittels Elektronenspin- Resonanzverfahren (ESR-Verfahren) aufgenommen, um den Aufbau der Defektstruktur innerhalb der kristallinene Phase und an der Korngrenze zu untersuchen. Dieses Prinzip wird nun kurz erklärt. Unter einem Magnetfeld wird das Energieniveau ungepaarter Elektronen infolge des Zeeman-Effekts gesplittet. Auf diese Energieniveaus reagieren die Orbitalbewegung der Elektronen und die gegenseitige Beeinflussung benachbarter Elektronen kernmagnetisch in sensitiver Weise. Im ESR-Verfahren ist es möglich, Informationen über Atome, die chemische Kopplung oder dergleichen in der Nähe eines Atoms mit den ungepaarten Elektronen zu erhalten, indem die gesplitteten Energieniveaus gemessen werden.
In Aluminiumnitrid variiert der G-Wert der ungepaarten Elektronen von Aluminium je nach dem Kristallfeld, in dem die ungepaarten Elektronen vorliegen. Dieser G-Wert beträgt für ein freies Elektron theoretisch 2,0000 und nach relativistischer Korrektur 2,002316. Das Al-Atom und N-Atom in der kristallinen Aluminiumnitrid-Phase besitzen eine Wurtzit-Struktur mit vier Koordinationen. Ein sp³-hybridisiertes Orbital wird daher von einem Aluminiumatom und drei Stickstoffatomen gebildet. Es ist möglich, anhand des G-Werts jeder Probe zu ermitteln, welche Kristallkoordination dieser ungepaarten Elektronen an den Gitterdefekten vorliegt oder welche Elemente um die ungepaarten Elektronen herum vorliegen.
Es wurde anhand dieses Ergebnisses mittels des ESR-Verfahrens bewiesen, dass in den erfindungsgemäßen Aluminiumnitrid-Sinterkörpern der G-Wert der ungepaarten Elektronen des Aluminiums in einem Spektrum nicht mehr als 2,000 beträgt.
Wenn die Art von Atomen, die mit einem Al-Atom mit ungepaarten Elektronen gekoppelt sind, variiert, variiert auch der G-Wert sehr stark. Der Grund für einen solchen niedrigen G-Wert ist die Variation der Art von mit dem Aluminium gekoppelten Atomen. Bei einem Si-Atom mit einer Vier-Koordinaten-Struktur tritt Berichten zufolge die gleiche Variation des G-Werts wie oben auf (siehe "ESR assessment method of materials", IPC Publishing. S. 57). Dies ist offenbar auf den Einfluss von Sauerstoffatomen zurückzuführen, die in Aluminiumnitrid-Kristallkörnern zurückbleiben.
Es stellte sich ferner heraus, dass die Spinzahl pro mg-Einheit Aluminium (erhalten aus dem Spektrum nach dem ESR-Verfahren) zumindest 1 · 10¹³ Spin beträgt. Das Messverfahren entsprach der Methode von Hiroaki Ohya und Jun Yamauchi: "Electron Spin Resonance", veröffentlicht von Kodansha, Co., Ltd. Die Absorptionsintensität in ESR-Spektren ist proportional zum Prozentsatz ungepaarter Elektronen im Aluminiumnitrid-Kristallkorn. Die quantitative Bestimmung des G-Werts muss als Vergleich mit einer Standardprobe mit bekanntem G-Wert durchgeführt werden. Es ist notwendig, dass die Probe mit bekanntem G-Wert und die Probe des erfindungsgemäßen Aluminiumnitrid-Sinterkörpers unter den gleichen Bedingungen gemessen werden; die erhaltenen Absorptionskurven werden in Integralkurven umgewandelt und die von den Integralkurven definierten Flächen miteinander verglichen.
Die Anmelder bestimmten quantitativ eine einzelne superfeine Linie von Mn/MgO, indem eine Lösung von TEMPOL (4-Hydroxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidin-1-oxyl) mit bekannter Spinzahl verwendet wurde, verglichen die Spinzahl mit der Linie und berechneten die Spinzahl pro mg-Einheit des Aluminiumnitrid-Sinterkörpers aus dem Peakflächen-Verhältnis.
Um den Zustand der Elektronen im Bandabstand abzuschätzen (beeinflusst die elektrischen Eigenschaften des Aluminiumnitrid-Sinterkörpers) und das Merkmal der Erfindung herauszuarbeiten, nahmen die Anmelder ein Kathodenlumineszenzspektrum auf.
Die Kathodenlumineszenz bezieht sich im Allgemeinen auf Reflexionswellen aus einer Probe, die mit einem Elektronenstrahl bestrahlt wird. Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt wird ein Defektelektron im Valenzband gebildet, wenn ein angeregtes Elektron aus dem Valenzband aus- und in das Leitfähigkeitsband eintritt. Dann wird Lumineszenz, die dem Bandabstand zwischen dem Valenzband und dem Defektelektron im Valenzband entspricht, emittiert. Wenn weiters ein anderes lokales Elektronenniveau als das Leitfähigkeitsband aufgrund der Wirkung von Defekten oder Verunreinigungen im Kristall erzeugt wird, wird Lumineszenz infolge der Rekombination angeregter Elektronen auf dem lokalen Elektronenniveau mit den Defektelektronen im Valenzband emittiert. Es ist daher anhand des Kathodenlumineszenz-Spektrums möglich, Informationen über die Energiebandstruktur, Kristalleigenschaften und Defekte und Verunreinigungen im Kristall zu erhalten.
Es wurde ein Kathodenluminszenzspektrum der erfindungsgemäßen Sinterkörper aufgenommen. Wie aus den Fig. 23 und 25 ersichtlich stellte man fest, dass ein starker Hauptpeak im Wellenlängenbereich von 350-370 nm existierte. Außerdem wurde ein schwacher Peak, der wahrscheinlich eine doppelte Mehrfachwelle des Hauptpeaks ist, in einem Wellenlängenbereich von 650-750 nm detektiert.
Zu Vergleichszwecken wurde ein hochverdichteter Sinterkörper hergestellt, indem Aluminiumnitridpulver mit 5 Gew.-% Yttriumoxidpulver vermischt und gebrannt wurde. An diesem Sinterkörper wurde das Kathodenlumineszenz-Spektrum gemessen. Wie aus den Fig. 24 und 25 ersichtlich wurden schwache Peaks bei Wellenlängen von etwa 340 nm, 500 nm und 600 nm beobachtet.
Eine solche Differenz in der Wellenlänge der Lumineszenz stellt die unterschiedliche Art von Lumineszenz dar, d. h. das Elektronenniveau im Bandabstand. Die Differenz der Lumineszenzintensität zeigt die Differenz der Elektronendichte infolge von Verunreinigungen. Im erfindungsgemäßen Sinterkörper wurde ein sehr starker und scharfer Peak im Wellenlängenbereich von 350-370 nm beobachtet. Dies zeigt die Existenz eines sehr starken neuen Elektronenniveaus und einer hohen Elektronendichte infolge einer bestimmten Verunreinigung an.
Die Anmelder führten dann eine zweidimensionale Kathodenlumineszenz-Kartierung in Bezug auf die Lumineszenz bei 360 nm Wellenlänge durch, um herauszufinden, ob das Elektronenniveau, das den starken Hauptpeak im Wellenlängenbereich von 350-370 nm erzeugt, in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern im Sinterkörper oder in der intergranulären Phase der Kristallkörner vorliegt.
Das Ergebnis dieser Kartierung wurde mit einem Rasterelektronenmikroskopaufnahme (des gleichen Sichtfelds derselben Probe) verglichen. Es wurde mittels Kathodenlumineszenz bewiesen, dass eine sehr starke Lumineszenz von 360 nm Wellenlänge in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern existiert. Die Korngrenzenabschnitte waren hingegen dunkel, und die obige Lumineszenz konnte nicht beobachtet werden. Dies zeigt, dass Bereiche hoher Elektronendichte, d. h. Regionen mit hohem lokalem Elektronenniveau, innerhalb der Körner und nicht in den intergranulären Abschnitten verteilt sind. Anhand dieses Ergebnisses gelangte man zum Schluss, dass die elektrischen Eigenschaften der Kristallkörner an sich einen starken Einfluss auf den spezifischen Volumenwiderstand des Sinterkörpers ausüben.
Die Verteilung der Sauerstoffdichte wurde für die Sinterkörper der Erfindung mittels eines Elektronensonden-Röntgenstrahlen-Mikroanalyzers (EPMA) gemessen. Es stellte sich heraus, dass in den Sinterkörpern der Erfindung eine relativ große Sauerstoffmenge eine teste Lösung in den Körnern bildet.
In den Sinterkörpern der Erfindung nimmt man an, dass eine relativ große Sauerstoffmenge eine feste Lösung in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern bildet, wobei dies das lokale Elektronenniveau bereitstellt und zur Verringerung der Widerstände innerhalb der Körner beiträgt. Dies stimmt mit der hohen Intensität des Absorptionspeaks im ESR- Spektrum überein.
Im Zuge der Bestimmung der Sauerstoffkonzentration in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern, aus denen die erfindungsgemäßen Sinterkörper bestehen, stellte man fest, dass eine Konzentration von zumindest 0,5 Gew.-%, vorzugsweise zumindest 0,6 Gew.-%, erforderlich ist. Es gibt keine Obergrenze, doch ist es vorzuziehen, dass die Konzentration höchstens 2,0 Gew.-%, noch bevorzugter höchstens 1,0 Gew.-%, beträgt.
Bei der Zusammenfassung der oben erwähnten Versuchsergebnisse kann man annehmen, dass der elektrische Widerstand der Kristallkörner gemäß dem folgenden Verfahren verringert werden kann. Wenn Sauerstoff in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern eine feste Lösung bildet, ersetzt Sauerstoff Stickstoff an den Stickstoff-Gitterstellen. Da in diesem Fall ein Ausgleich der elektrischen Ladung zwischen Stickstoff N³&supmin; und Sauerstoff O²&supmin; vorliegt, wird ein leitendes Elektron (Donor) oder eine Fehlstelle im Aluminiumgitter gebildet, was die elektrische Leitfähigkeit maßgeblich beeinflusst. Man geht davon aus, dass die Bildung eines solchen leitenden Elektrons bzw. einer solchen Fehlstelle im Gitter den inneren elektrischen Widerstand der Aluminiumnitrid-Kristallkörner senkt und in hohem Ausmaß zur Verringerung des elektrischen Widerstands des Sinterkörpers beiträgt.
Die Anmelder bestimmten weiters die Verteilung der Sauerstoffkonzentration mittels eines Elektronensonden-Röntgenstrahlen-Mikroanalyzers (EPMA) gegenüber einem Vergleichs-Sinterkörper, dem 5 Gew.-% Yttriumoxid zugesetzt waren. Im Fall des Sinterkörpers mit 5 Gew.-% Yttriumoxid war die innere Sauerstoffkonzentration der Kristallkörner relativ niedriger. Es stellte sich jedoch heraus, dass ein Teil, der relativ viel Sauerstoff enthält, fast den Yttriumoxid enthaltenden Teil überlappt. Es ist bekannt, dass Yttriumoxid keine teste Lösung in Aluminiumnitrid-Körnern bildet und nicht in intergranuläre Abschnitte abgegeben wird. Daher sind die meisten Sauerstoffatome nicht in den Körnern, sondern an den Korngrenzen enthalten.
Im Laute des Sinterverfahrens wird deshalb Yttrium aus den Körnern abgegeben, da das Yttrium die Tendenz zeigt, Sauerstoffatome zu den Korngrenzen mitzuschleppen. Man kann daher davon ausgehen, dass die Anzahl an Sauerstoffatomen in den Körnern verringert wurde.
Es folgt eine Beschreibung des Verfahrens zur Herstellung der erfindungsgemäßen Sinterkörper. Als Aluminiumnitrid-Ausgangspulver kann ein Pulver, das durch direktes Nitridieren oder reduktives Nitridieren erhalten wird, verwendet werden. Derzeit ist das durch reduktives Nitridieren gewonnene Pulver vorzuziehen, da dieses Verfahren problemlos ein Pulver mit niedrigem Gehalt an Metallverunreinigungen liefert. Doch selbst das durch direktes Nitridieren erhaltene Pulver kann ohne Probleme eingesetzt werden, wenn die Reinheit der Aluminium-Ausgangsmaterialien verbessert und der Einschluss von Verunreinigungen in jedem Schritt des Fertigungsverfahrens verhindert wird.
Da in den direkt resultierenden Sinterkörpern die Differenz zwischen dem Gesamt- Sauerstoffgehalt im Aluminiumnitrid-Sinterkörper und dem Sauerstoffgehalt aufgrund von Oxiden der Seltenerdelemente vorzugsweise zumindest 0,5 Gew.-% beträgt, ist der Sauerstoffgehalt im Ausgangspulver ein, wichtiger Faktor. Wenn der Sauerstoffgehalt im Ausgangspulver niedrig ist, ist eine Nachbehandlung zur Einführung von Sauerstoff in das Ausgangspulver erforderlich. Beispielsweise kann der Sauerstoffgehalt im Ausgangspulver durch Oxidationsbehandlung erhöht werden, bei der das Ausgangspulver auf eine Temperatur von 400ºC bis 800ºC in oxidierender Atmosphäre, wie z. B. Luft, erhitzt wird. Alternativ dazu kann das Ausgangspulver mit verschiedenen Arten von Aluminiumoxidpulver oder einem Aluminiumoxidvorläufer vermischt werden.
Die Differenz zwischen dem Gesamt-Sauerstoffgehalt im Aluminiumnitrid-Ausgangspulver und dem Sauerstoffgehalt aufgrund von Oxiden der Seltenerdelemente vor den Karamelisierungs- und Brennschritten beträgt vorzugsweise zumindest 0,5 Gew.-%.
Um allerdings Sauerstoffatome in allen Aluminiumnitrid-Kristallkörnern, aus denen der Sinterkörper besteht, einheitlich zu verteilen, ist es vorzuziehen, wie oben erwähnt für einen ausreichend hohen Sauerstoffgehalt im Ausgangspulver zu sorgen (bei der Herstellung des Ausgangspulvers), ohne eine Nachbehandlung durchzuführen.
Das Ausgangspulver kann mit Seltenerdelementen in verschiedenen Formen vermischt werden. Beispielsweise kann das Aluminiumnitrid-Ausgangspulver mit Pulver der Reinsubstanz oder einer Verbindung der Seltenerdelemente vermischt werden.
Im Allgemeinen sind die Oxide der Seltenerdelemente am leichtesten verfügbar. Bei Verwendung von Oxiden der Seltenerdelemente ist jedoch deren Menge gemäß der vorliegenden Erfindung sehr gering; wenn daher die Dispergierbarkeit der Oxide der Seltenerdelemente nicht ausreicht, ist es schwierig, die Seltenerdelemente gleichmäßig im gesamten Sinterkörper zu dispergieren, wodurch verschiedene Eigenschaften, wie z. B. der spezifische Volumenwiderstand oder dergleichen, in jedem Abschnitt des Sinterkörpers variieren.
In der Erfindung werden daher Verbindungen, wie z. B. Nitrate, Sulfate, Alkoxide oder dergleichen, von Seltenerdelementen in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst, in dem diese Verbindungen löslich sind, um dadurch eine Lösung zu erhalten, die mit dem Aluminiumnitrid-Ausgangspulver vermischt werden kann. Selbst wenn die Seltenerdelemente in Spurenmengen zugesetzt werden, sind sie in jedem Abschnitt im Sinterkörper einheitlich dispergiert. Da es sehr wahrscheinlich ist, dass Seltenerdelemente an der Oberfläche jedes Korns in Form einer sehr dünnen Schicht dispergiert sind, lassen sich die hochresistenten Seltenerdelement-Verbindungen schwierig teilweise fällen. Wenn die Dispersion unzulänglich ist, kann es gelegentlich passieren, dass die Kristalle, die Seltenerdelemente umfassen, lokal gefällt werden. Ein geringer Anteil an Niederschlägen hat keinen Einfluss auf die obigen Bedingungen.
Wenn Trockenpressformen durchgeführt wird, kann Sprühtrocknen als Verfahren zum Trocknen des Ausgangspulvers vorgeschlagen werden. Dieses Verfahren wird als Trocknungsverfahren für Verbindungen von Seltenerdelementen als Spurenadditive besonders bevorzugt.
Alternativ dazu kann man ein Bandformverfahren durchführen. In diesem Fall kann die Lösung, die durch Lösen von Verbindungen, wie z. B. Nitraten, Sulfaten und Alkoxiden oder dergleichen, von Seltenerdelementen erhalten wird, als Additiv dem herkömmlichen Bandformschritt zugesetzt werden. Aufgrund sehr kleiner Chargen werden die Formbarkeit und Entwachsbarkeit nicht beeinflusst.
Beim Vermischen wird das Aluminiumnitrid-Ausgangspulver in einem Lösungsmittel dispergiert, womit die Seltenerdelement-Verbindungen in Form von Oxidpulver oder Lösung vermischt werden können. Das Mischen kann durch einfaches Rühren erfolgen. Wenn allerdings Pulverisierung von Aggregaten im Ausgangspulver erforderlich ist, können Mischpulverisierungsgeräte, wie z. B. Topfmühlen, Trommeln, Reibungsmühlen oder dergleichen, verwendet werden. Bei Verwendung eines in einem Lösungsmittel löslichen Additivs für die Pulverisierung kann die Zeit für den Misch- und Pulverisierungsschritt die kürzeste Zeit für die Pulverisierung des Pulvers sein. Außerdem können Bindemittel, wie z. B. Polyvinylalkohol oder dergleichen, zugegeben werden.
Zum Trocknen des Lösungsmittels für die Pulverisierung ist ein Sprühtrocknungsverfahren vorzuziehen. Alternativ dazu ist es nach der Durchführung eines Vakuumtrocknungsverfahrens vorzuziehen, die Korngröße anzupassen, indem das trockene Pulver durch ein Sieb geschickt wird.
Wenn im Pulverformungsschritt ein scheibenförmiger Körper gefertigt wird, kann ein Formpressverfahren zur Anwendung kommen. Der Formungsdruck beträgt vorzugsweise zumindest 100 kp/cm², unterliegt jedoch keinen besonderen Einschränkungen, sofern die Form beibehalten werden kann: Die Heißpressform kann auch mit einem Formmaterial in Pulverform beschickt werden.
Wenn ein Bindemittel mit dem Formkörper vermischt wird, kann bei einer Temperatur von 200ºC bis 800ºC vor dem Brennen Entwachsen in oxidierender Atmosphäre erfolgen.
Wenn ein Additiv, das Seltenerdelemente in Form von Nitraten, Sulfaten und Carbonaten enthält, zugegeben wird, können vor dem Brennen Denitrifizierung, Entschwefelung und Decarboxylierung am Ausgangspulver oder am pulverförmigen Körper erfolgen. Ein solcher Entgasungsschritt kann durch Erhitzen des Ausgangspulvers oder pulverförmigen Körpers unter oxidierender Atmosphäre (wie im Entwachsungsschritt) erfolgen. In diesem Fall ist es aber notwendig, auf Beschädigung der Öfen durch NOx-Gase, SOx-Gase und dergleichen Acht zu geben.
Alternativ dazu kann die Entgasung während des Brennens ohne eigene Durchführung eines Entgasungsschritts, wie z. B. einer Denitrifizierung, Entschwefelung, Decarboxylierung oder dergleichen, erfolgen.
Dann wird der Formkörper nach einem Heißpressverfahren gebrannt. Der Druck beim Heißpressen muss zumindest 50 kp/cm², vorzugsweise zumindest 200 kp/cm², betragen. Es gibt keine spezielle Obergrenze, doch um Schäden am Ofen zu verhindern, beträgt der Druck aus praktischen Überlegungen höchstens 1000 kp/cm², noch bevorzugter höchstens 400 kp/cm².
Wenn der Druck zunimmt, ist es möglich, ihn auf einmal bis zum Maximaldruck anzuheben. Es ist jedoch besonders vorzuziehen, den Druck bei Erhöhung der Temperatur schrittweise anzuheben, um die Präzision des Sinterkörpers zu verbessern.
Wenn ein scheibenförmiger Körper mittels Heißpressen gebrannt wird, ist es vorzuziehen, den Formkörper in einer Muffe zu halten, deren Innendurchmeser etwas größer als der Außendurchmesser des Formkörpers ist.
Wenn Entgasung im Temperaturerhöhungsschritt erforderlich ist, ist es vorzuziehen, den Abzug der Gase durch Erhitzen im Vakuum in einem Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1.600ºC zu fördern.
Es ist ferner vorzuziehen, die Temperatur mit einer Temperaturerhöhungsrate von 50ºC/Stunde und 1.500ºC/Stunde bis zur Maximaltemperatur beim Brennen zu erhöhen. Die Maximaltempertur liegt vorzugsweise bei 1.750ºC bis 2.300ºC. Wenn die Maximaltemperatur über 2.300ºC hinausgeht, beginnt die Zersetzung des Aluminiumnitrids. Wenn die Maximaltemperatur weniger als 1.750ºC beträgt, wird das effektive Kornwachstum eingeschränkt, und der mittlere Korndurchmesser liegt unter 3 um.
Betreffend die Zeit zum Sintern der Formkörper muss - wenn die Maximaltemperatur im Bereich von 1.850ºC bis weniger als 1.900ºC liegt - das Sintern zumindest 3 Stunden lang dauern. Selbst bei einer Maximaltemperatur von 1.900ºC bis unter 2.000ºC muss die Maximaltemepratur zumindest 2 Stunden lang aufrechterhalten werden. Wenn die Verweilzeit nicht unter 3 Stunden oder unter 5 Stunden beträgt, ist eine weitere Abnahme des spezifischen Volumenwiderstands zu beobachten. Wenn eine Maximaltemperatur von zumindest 2.000ºC zumindest 1 Stunde lang aufrechterhalten wird, wird eine Abnahme des spezifischen Volumenwiderstands beobachtet. Die Verweilzeit beträgt vom Standpunkt der Produktivität in Sinteröfen vorzugsweise höchstens 30 Stunden. Die Kühlung erfolgt mit einer Kühlrate von 300ºC/Stunde von der Maximaltemperatur bis 1.400ºC. Bei 1.400ºC wird die Stromquelle ausgeschaltet, um spontane Abkühlung zu ermöglichen. Der Einfluss der Kühlrate auf den Widerstand ist noch ungeklärt.
Zum Heißpressen wurde ein Verfahren vorgeschlagen, in dem Bornitrid als Formtrennmittel zwischen dem Formkörper oder Ausgangspulver und einer Kohlenstoffschablone verwendet wird. Da jedoch in der Erfindung die Gefahr des Einschlusses von Bor in die Sinterkörper besteht, ist die Verwendung des Formtrennmittels nicht vorzuziehen.

KURZBESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN

Obige und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen in Verbindung mit den beiliegenden Abbildungen, wovon:
Fig. 1 eine schematische Ansicht ist, die das Prinzip der Kathodenlumineszenz erläutert;
Fig. 2 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge an Metaliverunreinigungen außer Yttrium und dem spezifischen Volumenwiderstand ist;
Fig. 3 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge an zugegebenem Y&sub2;O&sub3; und dem spezifischen Volumenwiderstand des Sinterkörpers ist;
Fig. 4 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge an überschüssigem Sauerstoff und dem spezifischen Volumenwiderstand ist;
Fig. 5 eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem aus dem ESR-Spektrum erhaltenen G-Wert und dem spezifischen Volumenwiderstand ist;
Fig. 5 eine grafische Darstellung der Spinzahl auf der Basis des ESR-Spektrums und des spezifischen Volumenwiderstands ist;
Fig. 7 eine Rasterelektronen-Mikrofotografie eines Keramikgewebes in Bezug auf den Sinterkörper aus Beispiel 11 ist;
Fig. 8 eine Transmissionselektronen- ("transition electron"-) Mikrofotografie ist, die Keramikgewebe um den Tripelpunkt des Sinterkörpers aus Fig. 7 vergrößert darstellt;
Fig. 9 eine Transmissionselektronen- ("transition electron"-) Mikrofotografie einer Vergrößerung der Korngrenze benachbarter Kristallkörner in Bezug auf den Sinterkörper einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
Fig. 10 eine grafische Darstellung ist, die das Ergebnis einer EDS-Analyse der Korngrenze benachbarter Kristallkörner in Bezug auf den Sinterkörper einer erfindungsgemäßen Ausführungsform veranschaulicht;
Fig. 11 eine grafische Darstellung ist, die das Ergebnis einer EDS-Analyse des Inneren des Kristallkorns in Bezug auf den Sinterkörper aus Fig. 10 darstellt;
Fig. 12 eine grafische Darstellung ist, die das Ergebnis einer EDS-Analyse des Inneren des Kristallkorns in Bezug auf einen Sinterkörper eines Vergleichsbeispiels veranschaulicht;
Fig. 13 eine grafische Darstellung ist, die das Ergebnis einer EDS-Analyse des Inneren des Kristallkorns in Bezug auf einen Sinterkörper eines Vergleichsbeispiels darstellt;
Fig. 14 eine grafische Darstellung ist, die das Ergebnis einer EDS-Analyse der Korngrenze benachbarter Kristallkörner in Bezug auf den Sinterkörper aus Fig. 12 zeigt;
Fig. 15 eine grafische Darstellung ist, die das Ergebnis einer EDS-Analyse des Tripelpunkts in Bezug auf einen Sinterkörper eines Vergleichsbeispiels veranschaulicht;
Fig. 16 eine grafische Darstellung ist, die einen Röntgenbeugungspeak in Bezug auf den Sinterkörper einer erfindungsgemäßen Ausführungsform darstellt;
Fig. 17 eine TEM-Fotografie von Keramikgewebe in hoher Vergrößerung ist, aus der Kristallgewebe in der Nähe der Korngrenze benachbarter Kristallkörner in Bezug auf den Sinterkörper einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ersichtlich ist;
Fig. 18 eine TEM-Fotografie von Keramikgewebe in hoher Vergrößerung ist, aus der Kristallgewebe in der Nähe der Korngrenze benachbarter Kristallkörner in Bezug auf einen Sinterkörper eines Vergleichsbeispiels ersichtlich ist;
Fig. 19 eine Transmissionselektronen-Mikrofotografie des Keramikgewebes eines Sinterkörpers eines Vergleichsbeispiels ist;
Fig. 20 eine Transmissionselektronen-Mikrofotografie des Keramikgewebes eines Sinterkörpers eines weiteren Vergleichsbeispiels ist;
Fig. 21 eine schematische Ansicht eines Merkmals der Mikrostruktur des Sinterkörpers einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
Fig. 22a eine schematische Ansicht des Zustands der Korngrenze benachbarter Kristallkörner in Bezug auf einen Sinterkörper eines Vergleichsbeispiels ist;
Fig. 22b eine schematische Ansicht des Zustands der Korngrnze benachbarter Kristallkörner in Bezug auf des Sinterkörper einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist;
Fig. 23 ein Spektrum ist, das durch Kathodenlumineszenz in Bezug auf den Sinterkörper einer erfindungsgemäßen Ausführungsform (Beispiel 54) erhalten wird;
Fig. 24 ein Spektrum ist, das durch Kathodenlumineszenz in Bezug auf den Sinterkörper aus Vergleichsbeispiel 52 erhalten wird;
Fig. 25 Spektren darstellt, die durch Kathodenlumineszenz der Sinterkörper aus Beispiel 54 bzw. Vergleichsbeispiel 52 erhalten werden;
Fig. 26 eine Fotografie ist, die eine zweidimensionale Kathodenlumineszenz-Kartierung des Sinterkörpers aus Beispiel 54 darstellt;
Fig. 27 eine Fotografie ist, die die Beziehung zwischen Schattierungen in der zweidimensionalen Kathodenlumineszenz-Kartierung und der Lumineszenzintensität veranschaulicht;
Fig. 28 eine Rasterelektronen-Mikrofotografie von Keramikgewebe im gleichen Sichtfeld wie Fig. 26 in Bezug auf die Sinterkörper aus Beispiel 54 ist;
Fig. 29 eine Querschnittsansicht ist, die schematisch ein Beispiel für eine elektrostatische Halterung darstellt;
Fig. 30a eine Schrägansicht eines teilweise abgeschnittenen Hauptabschnitts der elektrostatischen Halterung aus Fig. 29 ist; und
Fig. 30b eine Schrägansicht eines Beispiels für ein Metallnetz ist, das als Elektrode für eine elektrostatische Halterung verwendbar ist.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der Erfindung anhand von Beispielen und unter Bezugnahme auf Versuchsergebnisse, die jedoch die Erfindung nicht einschränken.
Es wurden die in den Tabellen 1-6 gezeigten Aluminiumnitrid-Sinterkörper hergestellt. Als Ausgangspulver wurde Aluminiumnitrid, das durch ein reduktives Nitridierungsverfahren erhalten wird, verwendet. Die Mengen an Sauerstoff und Metallverunreinigungen im Ausgangspulver sind aus den Tabellen 1, 3 und 5 ersichtlich. Es wurde eine Additivlösung gebildet, indem Yttriumnitrat in Isopropylalkohol gelöst wurde, und die Additivlösung mit dem Aluminiumnitrid-Ausgangspulver mittels einer Topfmühle vermischt. Die Mischungsverhältnisse des Yttriums als Y&sub2;O&sub3; und die Mengen des zugegebenen Aluminiumoxids sind aus den Tabellen 1, 3 und 5 ersichtlich.
Mit diesem Ausgangspulver wurden scheibenförmige Körper mit einem Durchmesser von 200 mm durch axiales Pressformen bei einem Druck von 100 kp/cm² erzeugt. Der scheibenförmige Krper wurde in eine Heißpressform gesteckt und hermetisch abgedichtet. Die Temperatur wurde mit einer Temperaturerhöhungsrate von 300ºC/h erhöht. Dabei wurde der Druck im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1.000ºC reduziert. Gleichzeitig mit dem Anstieg der Temperatur über diesen Bereich hinaus wurde auch der Druck erhöht. Die Höchsttemperatur wurde - wie aus den Tabellen 2, 4 und 6 ersichtlich - verändert, und jede Höchsttemperatur wurde für die in den Tabellen 2, 4 und 6 angegebenen Verweilzeiten beibehalten.
Die Gesamtmenge der Metallverunreinigungen außer Yttrium wurde für jeden der erhaltenen Sinterkörper bestimmt; die Ergebnisse sind aus den Tabellen 1, 3 und 5 ersichtlich. Außerdem sind in den Tabellen 1, 3 und 5 der Yttriumgehalt (Y), der Gesamt- Sauerstoffgehalt (O), der Gesamt-Kohlenstoffgehalt (C) und überschüssiger Sauerstoff (Differenz zwischen Gesamt-Sauerstoffgehalt und Sauerstoffgehalt in Yttriumoxid) angegeben. Jeder der unten angeführten Werte wurde für jeden Sinterkörper ermittelt; die Ergebnisse sind aus den Tabellen 2, 4 und 6 ersichtlich.
G-Wert:
Jeder G-Wert wurde anhand der Resonanzbedingungs-Formel bei ESR bestimmt. Die Formel lautet hv = G/ußH, worin h das Planck'sche Wirkungsquantum, v die Mikrowellenfrequenz ist, uB ein Bohr'sches Magneton ist und H die Magnetfeldstärke ist.
Spinzahl (Spin/mg):
Berechnet wie oben beschrieben.
Mittlerer Korndurchmesser:
Es wurde eine Elektronenmikrofotografie aufgenommen und der Mittelwert der Längen der Längsachsen der beobachteten Körner berechnet.
Wärmeleitfähigkeit:
Bestimmt durch ein Laserflash-Verfahren.
Festigkeit:
Bestimmt durch Vierpunkt-Biegetest bei Raumtemperatur gemäß JIS-1601.
Relative Dichte:
Ermittelt nach dem Archimedes-Prinzip.
Farbe:
Es wurde das Aussehen bewertet.
Spezifischer Volumenwiderstand:
Bestimmt nach einem Verfahren zur Messung des spezifischen Volumenwiderstands von Isolatoren gemäß JIS-2141.
In jeder Tabelle und in den Abbildungen werden Abkürzungen verwendet. Beispielsweise bedeutet "1E + 06" "1 · 10&sup6;". Tauelle 1 Tabelle 2 Tabelle 3 Tabelle 4 Tabelle 5 Tabelle 6
In den Tabellen 1 und 2 ist die Menge an Metallverunreinigungen außer Yttrium im Sinterkörper unterschiedlich. Die Beziehung zwischen der Menge an Metallverunreinigungen außer Yttrium und dem spezifischen Volumenwiderstand ist aus Fig. 2 ersichtlich. Man erkennt anhand der Ergebnisse, dass der spezifischen Volumenwiderstand extrem abnimmt, wenn die Menge an Metallverunreinigungen höchstens 500 ppm beträgt.
In den Tabellen 3 und 4 ist die Menge an zugegebenem Y&sub2;O&sub3; unterschiedlich. Die Beziehung zwischen der Menge an zugegebenem Y&sub2;O&sub3; und dem spezifischen Volumenwiderstand des Sinterkörpers ist aus Fig. 3 ersichtlich. Wenn die Menge an zugegebenem Y&sub2;O&sub3; höchstens 0,5 Gew.-% beträgt, nimmt der spezifische Volumenwiderstand extrem ab und verringert sich weiter, wenn Yttriumoxid in einer Menge von höchstens 0,1 Gew.-% vorhanden ist. In einem Bereich unter diesem Wert wurde keine wahrnehmbare Veränderung beobachtet.
Fig. 4 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen überschüssigem Sauerstoff und dem spezifischen Volumenwiderstand. Wie aus der Grafik erkennbar nimmt der spezifische Volumenwiderstand extrem ab, wenn überschüssiger Sauerstoff, d. h. die in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern enthaltene Sauerstoffmenge unter 0,5 Gew.-% sinkt. Wenn der überschüssige Sauerstoff innerhalb des Bereichs von 0,5 bis 2,0 Gew.- % liegt, erhält man einen Sinterkörper mit hohem spezifischem Volumenwiderstand (zumindest 1 · 10¹² Ω.cm) sowie einen mit einem spezifischen Volumenwiderstand von höchstens 1 · 10¹&sup0; Ω.cm. Der Grund dafür liegt wahrscheinlich darin, dass selbst bei Bildung einer festen Lösung von Sauerstoff in den Aluminiumnitrid-Körnern der Widerstand nicht reduziert wird, wenn der Korndurchmesser klein ist.
Fig. 5 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen dem aus dem ESR-Spektrum erhaltenen G-Wert und dem spezifischen Volumenwiderstand. Wie aus dieser Grafik erkennbar nimmt der Volumenwiderstand extrem ab, wenn der G-Wert 2,000 übersteigt. Wenn der G-Wert hingegen nicht mehr als 2,000 beträgt, erhält man einen Sinterkörper mit hohem Volumenwiderstand (Zumindest 1 · 10¹² Ω.cm) und einen mit einem spezifischen Volumenwiderstand von höchstens 1 · 10¹&sup0; Ω.cm Fig. 6 ist eine grafische Darstellung der Beziehung zwischen der Spinzahl pro mg Aluminium (erhalten aus dem ESR-Spektrum) und dem spezifischen Volumenwiderstand. Wie erkennbar nimmt der spezifische Volumenwiderstand extrem ab, wenn die Spinzahl zumindest 1 · 10¹³ Spin/mg beträgt.
In den Tabellen 3 und 4 sind die Mengen an Sauerstoff und Metallverunreinigungen im Ausgangsmaterial optimiert, und die Menge an Yttrium variiert. Man erkennt anhand des Ergebnisses, dass zur weiteren Reduktion des spezifischen Volumenwiderstands die Menge an Yttrium im Sinterkörper vorzugsweise höchstens 1000 ppm, noch bevorzugter zumindest 300 ppm, beträgt.
In den Tabellen 5 und 6 sind die Mengen an Sauerstoff und Metallverunreinigungen im Ausgangsmaterial optimiert und die Höchsttemperatur variiert. Wenn die Höchsttemperatur niedrig ist, ist das Kornwachstum nicht ausreichend, weshalb der spezifische Volumenwiderstand nicht den Wert von 1 · 10¹&sup0; Ω.cm erreicht.
Fig. 7 ist eine Rasterelektronen-Mikrofotografie der Kristallstruktur des Sinterkörpers Nr. 11. Fig. 8 ist eine Transmissionselektronen-Mikrofotografie, in der die Nähe des Tripelpunkts dieses Sinterkörpers vergrößert ist. Fig. 9 ist eine Transmissionselektronen-Mikrofotografie, in der die Korngrenze benachbarter Kristallkörner vergrößert ist. Obwohl keine intergranuläre Phase an den Grenzen benachbarter Kristallkörner beobachtet wird, bildet sich am Tripelpunkt eine Aluminiumoxidphase.
Fig. 10 ist eine grafische Darstellung des Ergebnisses einer EDS-Analyse (Energiedispersions-Röntgenspektrometer) der Korngrenze benachbarter Kristallkörner von Sinterkörper Nr. 11 einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; man erkennt hier, dass der Peak von "C" auf die Kontaminierung der Probe zurückzuführen ist. Fig. 11 ist eine grafische Darstellung des Ergebnis einer EDS-Analyse des Inneren eines Kristallkorns derselben Probe. Kein Yttriumpeak ist erkennbar, wohl aber ein Sauerstoffpeak.
Die Fig. 12 und 13 sind jeweils grafische Darstellungen der Ergebnisse von EDS-Analysen des Inneren eines Kristallkorns von Sinterkörper Nr. 1 G in einem Vergleichsbeispiel. Keine Sauerstoff- und Yttriumpeaks sind zu sehen. Fig. 14 ist eine grafische Darstellung des Ergebnisses einer EDS-Analyse der Korngrenze an der Grenzfläche von Kristallkörnern desselben Sinterkörpers wie oben. Man kann einen auffälligen Yttriumpeak beobachten. Diese intergranuläre Phase, die eine große Menge an Yttrium enthält, trägt zur Erhöhung des Widerstands zwischen benachbarten Kristallkörnern bei.
Fig. 15 ist eine grafische Darstellung des Ergebnisses einer EDS-Analyse des Tripelpunkts von Sinterkörper Nr. 16 in einem Vergleichsbeispiel. Ein weiterer auffälliger Yttriumpeak ist zu beobachten.
Fig. 16 ist eine grafische Darstellung des Röntgenbeugungspeaks von Sinterkörper Nr. 11 in einer erfindungsgemäßen Ausführungsform. Wie man anhand der Grafik erkennen kann, ist kein Peak zu beobachten, der Kristallen einer Yttriumverbindung entspricht. Daher bildet Yttrium keine kristalline Phase an der Grenze von Kristallkörnern.
Fig. 17 ist eine TEM-Fotografie in starker Vergrößerung, aus der Kristallgewebe in der Nähe der Korngrenze benachbarter Kristallkörner von Sinterkörper Nr. 11 einer Ausführungsform der Erfindung ersichtlich ist. Die Kristallkörner sind rechts und links auf dieser Fotografie vorhanden, und es existiert eine Grenzfläche zwischen Kristallkörnern in rechter und linker Richtung. Innerhalb jedes Kristallkorns bilden die Atome eines Kristallgitters ein perfekt angeordnetes Kristallgitter. Man stellte fest, dass zwar das Kristallgitter in der Nähe der Korngrenze der Kristallkörner leicht ungeordnet ist, dass aber die Breite des Abschnitts, in dem das Kristallgitter ungeordnet ist, nur etwa einige Atome schmal ist, d. h. höchstens 1 nm.
Fig. 18 ist eine TEM-Fotografie in starker Vergrößerung, die Kristallgewebe in der Nähe der Korngrenze benachbarter Kristallkörner von Sinterkörper Nr. 16 eines Vergleichsbeispiels zeigt. Das Kristallgitter ist in der Nähe der Korngrenze zwischen dem rechten und linken Korn ungeordnet. Seine Breite beträgt etwa 1-3 nm. Anhand des Ergebnisses von Elektronenbeugung mit eingeschränktem Sichtfeld wurden kristalline Niederschläge an der Korngrenze detektiert. Diese Unordnung des Kristallgitters wird vermutlich durch feine Niederschläge an den Korngrenzen hervorgerufen.
Die Fig. 19-20 sind Transmissionselektronen-Mikrofotografien von Sinterkörper Nr. 16 in einem Vergleichsbeispiel. An den Tripelpunkten und Korngrenzen wurden schwarze Niederschläge (0,2 um) beobachtet. Im Zuge einer Betrachtung der Niederschläge mittels EDS wurde Y&sub2;Al&sub4;O&sub9; detektiert. Außerdem waren diese Niederschläge kristallin.
Es folgt eine Erklärung der Merkmale der Mikrostruktur der erfindungsgemäßen Sinterkörper unter Bezugnahme auf die schematische Abbildung von Fig. 21. Im erfindungsgemäßen Sinterkörper war an der Korngrenze 2 zwischen den benachbarten Kristallkörnern 1A und 1B, 1B und 1C sowie 1C und 1A keine intergranuläre Phase erkennbar, obwohl sie normalerweise zwischen Kristallgittern vorhanden sein sollte; das Kristallgitter ist an der Korngrenze 2 zwischen benachbaren Krsitallkörnern im Wesentlichen nicht ungeordnet. Man nimmt ferner an, dass Yttriumatome in einem ungeordneten Abschnitt des Kristallgitters enthalten sind. Diese Annahme stimmt mit der Tatsache überein, dass eine kristalline Phase einer Yttriumverbindung mittels Röntgenbeugungsverfahren nicht zur Gänze detektiert wird.
Innerhalb jedes Kristallkorns 1A, 1B oder 1C bildet sich - wie oben erwähnt - eine feste Lösung. Außerdem stellte man fest; dass Yttrium an den Tripelpunkten nicht detektiert wird. Doch sogar an den Tripelpunkten ist Yttrium an der Oberfläche der Kristallkörner vorhanden.
Im Sinterkörper der Vergleichsbeispiele (siehe Fig. 22a) besitzt die Grenzfläche 6 zwischen benachbarten Kristallkörnern 5A und 5B eine unregelmäßig gemischte Form und ist kompliziert gebogen. Die Breite t dieser intergranulären Phase beträgt etwa 1-3 nm. Im Gegensatz dazu erstreckt sich im Sinterkörper der Erfindung (siehe Fig. 22b) die Grenzfläche 2 zwischen den Kristallkörnern 1A und 1B im Wesentlichen gerade, und die Breite beträgt höchstens 1 nm. Außerdem liegt die Abweichung von der Position der Korngrenze in der Größenordnung mehrerer Aluminiumatome.
Es wurden Aluminiumnitrid-Sinterkörper der Versuche 51-63 (siehe Tabellen 7 und 8) hergestellt. Als Ausgangspulver wurde durch reduktives Nitridieren erhaltenes Aluminiumnitridpulver verwendet. Die Mengen an Sauerstoff und Metallverunreinigungen in diesem Ausgangspulver sind aus Tabelle 7 ersichtlich. Yttriumnitrat wurde in Isopropylalkohol gelöst, um eine Additivlösung zu ergeben. Diese wurde mittels einer Topfmühle mit dem Aluminiumnitrid-Ausgangspulver vermischt. Die Mengen des zugegebenen Yttriums als Y&sub2;O&sub3; sind aus Tabelle 7 ersichtlich.
Durch axiales Pessformen dieses Ausgangspulvers bei einem Druck von 100 kp/cm² wurde ein scheibenförmiger Körper mit einem Durchmesser von 200 mm gefertigt. Dieser scheibenförmige Körper wurde in eine Heißpressform gesteckt und hermetisch abgedichtet. Die Temperatur wurde mit einer Temperaturerhöhungsrate von 300ºC/h erhöht. Dabei wurde der Druck im Temperaturbereich von Raumtemperatur bis 1.000ºC reduziert. Gleichzeitig mit dem Temperaturanstieg wurde auch der Druck erhöht. Die Höchsttemperatur wurde - wie aus Tabelle 8 ersichtlich - variiert, wobei jede Höchsttemperatur die in Tabelle 8 angegebene Verweildauer lang beibehalten wurde.
Für jeden der so erhaltenen Sinterkörper wurde die Gesamtmenge der Metallverunreinigungen außer Yttrium bestimmt und in Tabelle 7 angeführt. Außerdem wurden der Gehalt an Yttrium (Y), der Gesamt-Sauerstoffgehalt (O), der Gesamt-Kohlenstoffgehalt (C) und überschüssiger Sauerstoff (die Differenz zwischen dem Gesamt-Sauerstoffgehalt und dem Sauerstoffgehalt in Yttriumoxid) in den Sinterkörpern in Tabelle 7 aufgelistet.
Außerdem wurden der G-Wert, die Spinzahl, der mittlere Teilchendurchmesser, die Wärmeleitfähigkeit, die Festigkeit, die relative Dichte und die Farbe wie oben beschrieben für jeden Sinterkörper gemessen. Die Ergebnisse sind aus Tabelle 8 ersichtlich.
Der spezifische Volumenwiderstand jedes Sinterkörpers wurde wie oben beschrieben ermittelt. Die Sauerstoffkonzentration in jedem Aluminiumnitrid-Kristallkorn, aus denen der Sinterkörper besteht, wurde ebenfalls gemessen. Diese Messergebnisse sind in Tabelle 7 angeführt. Tabelle 7 Tabelle 8
In jedem Sinterkörper der Vergleichsbeispiele 51 und 52 betrug die Menge an dem Ausgangspulver zugegebenem Yttriumoxid 5 Gew.-%, und im Sinterkörper blieb es in einer Menge von etwa 3,7 oder 0,1 Gew.-% zurück. Der Sauerstoffgehalt im Kristallteilchen wurde mit einem Elektronensonden-Röntgenmikroanalyzer bestimmt und betrug 0,35 oder 0,21 Gew.-%. Da in Versuch Nr. 52 die Heißpresstemperatur relativ höher war, setzte sich die Abgabe von Yttriumoxid im Sinterstadium ebenso fort wie die Abgabe des Sauerstoffs aus dem Inneren des Kristallteilchens.
Außerdem liegt der spezifische Volumenwiderstand des Sinterkörpers in der Größenordnung von 10¹&sup4; Ω.cm in Vergleichsbeispiel 51 und in der Größenordnung von 1012 Ω.cm in Vergleichsbeispiel 52. Somit ist der spezifische Volumenwiderstand in Vergleichsbeispiel 52 niedriger. Man nimmt an, dass das Kornwachstum in Vergleichsbeispiel 52 eine stärke Abgabe von Yttriumoxid bewirkte.
Im Gegensatz dazu beträgt in den Beispielen 52-63 die durch den Elektronensonden- Röntgenmikroanalyzer ermittelte Sauerstoffmenge in Kristallkörnern zumindest 0,5 Gew.-% und die Menge des "überschüssigen Sauerstoffs" ebenfalls zumindest 0,5 Gew.-%. Außerdem stellte man fest, dass der "überschüssige Sauerstoff" mit Ausnahme der Beispiele 62 und 63 innerhalb der Kristallkörner verteilt war.
In den Beispielen 53-63 beträgt der Yttiumoxidgehalt im Sinterkörper höchstens 0,2 Gew.-% und der G-Wert höchstens 2,000, die Spinzahl beträgt zumindest 1,0 · 10¹³ Spin/mg, der mittlere Korndurchmesser beträgt zumindest 4 um und die relative Dichte zumindest 99%. In diesen Sinterkörpern wurde ein spezifischer Volumenwiderstand von höchstens 10¹² Ω.cm erzielt.
Dann nahmen die Anmelder mittels Kathodenlumineszenz das Spektrum jedes Sinterkörpers auf, wobei die Versuchsnummern in den Tabellen 1-8 angeführt sind. Es stellte sich heraus, dass der spezifische Volumenwiderstand in den Sinterkörpern, die einen intensiven Hauptpeak bei 350-370 nm aufweisen, extrem niedrig ist.
Ein solcher Peak innerhalb des Wellenlängenbereichs von 350-370 nm konnte in den Beispielen S-14, 23-29, 36-44 und 53-63 bestätigt werden. Es werden nun in Bezug auf die Sinterkörper des Beispiels 54 und Vergleichsbeispiels 52 als typische Beispiele das Verfahren zur Spektralmessung oder dergleichen sowie detaillierte Daten angeführt.
Die Oberfläche des Sinterkörpers aus Beispiel 54 wurde mit Diamantpaste spiegelblank poliert und das Spektrum dann gemäß dem Kathodenlumineszenz-Verfahren aufgenommen. Das Ergebnis ist aus Fig. 23 ersichtlich. In Fig. 23 zeigen die Ordinatenachse die Lumineszenzintensität und die Abszisse die Lumineszenzwellenlänge. Ein starker Peak tritt im Wellenlängenbereich von 350-370 und ein schwacher Peak im Wellenlängenbereich von 650-750 nm auf.
Die Oberfläche des Sinterkörpers aus Vergleichsbeispiel 52 wurde ebenfalls mit Diamantpaste spiegelblank poliert und das Spektrum gemäß dem Kathodenlumineszenz- Verfahren aufgenommen. Das Ergebnis ist aus Fig. 24 ersichtlich, und man erkennt, das schwache Peaks bei etwa 340 nm, 500 nm und 600 nm zu beobachten sind.
In Fig. 25 sieht man einen Vergleich von Beispiel 54 mit Vergleichsbeispiel 52 in Bezug auf die gemäß dem Kathodenlumineszenz-Verfahren erhaltenen Spektren. Man erkennt, dass die Lumineszenzintensität des Hauptpeaks bei 350-370 nm (tritt typischerweise im erfindungsgemäßen Sinterkörper auf) gegenüber jedem Peak des Sinterkörpers des Vergleichsbeispiels sehr hoch ist.
Außerdem wurden für den Sinterkörper aus Vergleichsbeispiel 52 die Verteilung der Sauerstoffkonzentration und Yttriumatome mittels EPMA gemessen. Im Fall des Sinterkörpers aus Vergleichsbeispiel 52 war die Sauerstoffkonzentration relativ niedrig. Außerdem überlappte der Abschnitt, in dem relativ viel Sauerstoff im Sinterkörper vorhanden war, nahezu mit dem Abschnitt, indem sich Yttriumoxid befand. Dieser überlappte Abschnitt stimmt im Wesentlichen mit der Position der Korngrenze überein, die man auf der Rasterelektronen-Mikrofotografie erkennt.
Mit dem Sinterkörper aus Beispiel 54 erfolgte zweidimensionale Kathodenlumineszenz- Kartierung bei einer Wellenlänge von 360 nm. Das Ergebnis ist aus Fig. 26 ersichtlich. In Fig. 27 ist die Beziehung zwischen den Schattierungen in der zweidimensionalen Kartierung aus Fig. 26 und der Lumineszenzintensität veranschaulicht. Fig. 28 ist eine Rasterelektronen-Mikrofotografie von Keramikgewebe mit dem gleichen Sichtfeld wie in Fig. 26.
Die zweidimensionale Kartierung aus Fig. 26 liefert den Kontrast der Schattierungen. Anhand eines Vergleichs der zweidimensionalen Kartierung mit der Fotografie aus Fig. 28 stellte man fest, dass die Form jedes Teilchens in Fig. 28 vollständig mit der Form des dunklen oder hellen Abschnitts aus Fig. 26 überlappt.
Die Schattierungen in der zweidimensionalen Kartierung hängen somit offenbar von der Kristallorientierung jedes Kristallkorns ab. Wenn ein Kristallkorn eine Kristallorientierung senkrecht zur Elektronenstrahlung aufweist, nimmt die gemäß dem Kathodenlumineszenz-Verfahren bestimmte Lumineszenzintensität zu. Somit kann die Differenz der Kristallorientierung jedes Kristallkorns aus Fig. 28 eine direkte Ursache der Variation der Schattierungen aus Fig. 26 sein. Außerdem ist in Fig. 26 der der Korngrnze entsprechende Abschnitt immer dunkel und nicht leuchtend. Ausgehend vom obigen Messergebnis stellte man fest, dass eine sehr starke Lumineszenz bei einer Wellenlänge von 360 nm aus dem Inneren der Kristallkörner emittiert wird.
Im erfindungsgemäßen Aluminiumnitrid-Sinterkörper können Metalle eingebettet sein. Mit Elektroden eingebettete Gegenstände können insbesondere in einer Umgebung, in der keine Verunreinigungen auftreten dürfen, bevorzugt eingesetzt werden. Beispiele für solche Anwendungen sind keramische elektrostatische Halterungen, keramische Heizelemente und Hochfrequenzelektrodenvorrichtungen. Die Verwendung für elektrostatische Halterungen eignet sich besonders.
Wenn die metalleingebetteten Gegenstände der Erfindung als elektrostatische Halterung verwendet werden, um z. B. Halbleiterwafer anzuziehen, ist es möglich - da eine dielektrische Schicht einen spezifischen Volumenwiderstand von höchstens 1 · 10¹² Ω.cm bei Raumtemperatur aufweist -, die Anziehungseigenschaften der elektrostatischen Halterung im Temperaturbereich von etwa Raumtemperatur oder unter -60ºC extrem zu verbessern. Selbst wenn die Dicke der dielektrischen Schicht nicht weniger als 500 um beträgt, wird beim Anlegen von Spannung elektrische Ladung von der Elektrode auf die Oberfläche der dielektrischen Isolierschicht übertragen, sodass ausreichend Anziehungskraft erzielt werden kann. Unmittelbar nach dem Abschalten der Spannung geht die elektrische Ladung rasch verloren. Daher ist die auch das Ansprechen beim Halten oder Loslassen des Wafers zufrieden stellend. Es ist dadurch möglich, einen großen Halbleiterwafer von zumindest 8 Zoll in einem extrem breiten Temperaturbereich von tiefen Temperaturen (etwa -60ºC) bis zu hohen Temperaturen (nicht weniger als 300ºC) fest anzuziehen und zu halten.
Ein derartiges im Aluminiumnitrid-Sinterkörper einzubettendes Metallelement besteht vorzugsweise aus plattenartigem sperrigem Metallmaterial. Wenn der metalleingebettete Gegenstand eine elektrostatische Halterung ist, ist das Metallelement eine plattenförmige Elektrode aus dem sperrigen Metallmaterial. Der Ausdruck "plattenförmiges sperriges Metallmaterial" bezieht sich hierin auf ein Material in Form einer monolithischen Platte aus Metall (siehe z. B. Fig. 30) und nicht auf einen spiral- oder zickzackförmigen Draht oder eine spiral- oder zickzackförmige Platte.
Da das Metallelement gemeinsam mit Aluminiumnitrid-Pulver gebrannt wird, besteht es vorzugsweise aus hochschmelzendem Metall. Beispiele dafür sind Tantal, Wolfram, Molybdän, Platin, Rhenium, Hafnium und Legierungen davon. Um Halbleiter vor Kontamination zu schützen sind Tantal, Wolfram, Molybdän, Platin und Legierungen davon vorzuziehen. Beispiele für Gegestände, die mit elektrostatischen Halterungen behandelt werden können, sind neben dem Halbleiterwafer Aluminiumwafer und dergleichen.
Beispiele für das plattenförmige sperrige Material sind:
(1) Plattenförmige sperrige Materialien, die zu einer dünnen Platte geformt sind.
(2) Sperrige Materialien, die zu einer plattenförmige Elektrode mit einigen kleinen Zwischenräumen darin ausgebildet sind. Dazu zählen sperrige Materialien und maschenförmige sperrige Materialien, die aus einem plattenförmigen Körper mit einigen kleinen darin ausgebildeten Löchern bestehen. Als plattenförmiger Körper mit darin ausgebildeten kleinen Löchern ist z. B. ein Stanzmetall zu nennen. Wenn das sperrige Material Stanzmetall ist, das hochschmelzendes Metall umfasst, erweist es sich jedoch als schwierig - da das hochschmelzende Metall sehr hart ist -, einige kleine Löcher in die Platte aus dem hochschmelzenden Metall einzustanzen, sodass die Kosten der maschinellen Bearbeitung sehr hoch sind. Wenn das sperrige Material ein Metallnetz ist, kann Drahtmaterial aus hochschmelzendem Metall verwendet werden, sodass das Metallnetz durch Stricken dieses Drahtmaterials gefertigt werden kann.
Die Form des Maschendrahts und Drahtdurchmessers eines derartigen Metallnetzes unterliegt keinen besonderen Einschränkungen. 150 Mesh bei einem Draht mit einem Durchmesser von 0,03 mm bis zu 6 Mesh bei einem Draht mit einem Durchmesser von 0,5 mm können jedoch problemlos verwendet werden. Außerdem kann die Querschnittsform des das Metallnetz bildenden Drahtmaterials rund, elipsenförmig, rechteckig oder dergleichen sein. Ein Mesh bezieht sich auf einen Draht pro Zoll.
Wenn die Erfindung in einer elektrostatischen Halterung zum Tragen kommt, können die Elektroden der elektrostatischen Halterung mit einer hochfrequenten Stromquelle verbunden werden, um die Elektroden mit Hochfrequenzspannung gemeinsam mit Gleichstrom zu versorgen, wodurch diese Elektrode auch als Elektrode zur Erzeugung von Plasma verwendet werden kann. Wenn in diesem Fall die Elektroden z. B. aus Wolfram bestehen und die Frequenz 13,56 MHz beträgt, sollte die Dicke der Elektrode zumindest 430 um betragen. Da es allerdings schwierig ist, eine Elektrode mit einer solchen Dicke mittels Siebdruck zu formen, besteht die Elektrode aus einem sperrigen Metallkörper. Außerdem kann eine dielektrische Schicht mit einer Dicke von 0,5-5,0 mm verwendet werden, da die exotherme Eigenreaktion infolge von Dielektrizitätsverlust nicht so stark ist.
Fig. 29 ist eine Querschnittsansicht, die eine Ausführungsform der elektrostatischen Halterung schematisch darstellt. Fig. 30a ist eine perspektivische Ansicht der elektrostatischen Halterung aus Fig. 29 mit einem weggeschnittenen Teil. Fig. 30b ist eine perspektivische Ansicht der aus einem Metallnetz bestehenden Elektrode 13.
Ein ringförmiger Flansch 11c ist auf einer seitlichen Umfangsoberfläche 11d eines im Wesentlichen scheibenförmigen Substrats 11 angeordnet. Eine Elektrode 19 aus einem Metallnetz 13 ist im Substrat 11 eingebettet. Eine dielektrische Schicht 14 mit vorbestimmter Dicke ist auf der Oberfläche 11a zum Aufladen des Halbleiterwafers 16 ausgebildet. Ein Anschluss 20 ist in einem Stützabschnitt 18 des Substrats eingebettet. Eine Endfläche des Anschlusses 20 liegt an der Rückfläche 11b des Substrats 11 frei. Durchgangslöcher 12 zum Einsetzen eines Stifts zum Heben und Senken des Halbleiterwafers 16 sind an vorbestimmten Positionen des Substrats 11 ausgebildet.
Eine Gleichstromquelle 17 ist über ein Elektrokabel 5A mit dem Anschluss 20 verbunden, und eine negative Elektrode der Gleichstromquelle 17 ist über ein Elektrokabel 5B mit dem Halbleiterwafer 16 verbunden. In diesen Ausführungsformen besteht die Elektrode 19 aus einem Metallnetz 13, wie dies aus den Fig. 30a und 30b ersichtlich ist. Das Metallnetz 13 umfasst einen Draht 13a mit rundem Rand und Drähte 13b, die kreuzweise innerhalb des Randdrahts 13a angeordnet sind, wodurch im Netz 24 Maschen entstehen.
Im Substrat 11 ist ein Widerstandsheizelement 21 zwischen der Elektrode 19 und der Rückfläche 11b eingebettet. Beide Endabschnitte des Widerstandsheizelements 21 sind mit den Anschlüssen 22 verbunden, und die Anschlüsse 22 sind wiederum mit den äußeren Anschlüssen 23 verbunden. Dieses Widerstandsheizelement dient zum Erhitzen des Halbleiterwafers während seines Einspannens und sind nicht immer nötig.
Der erfindungsgemäße Aluminiumnitrid-Sinterkörper kann auch als Substrat für Halbleiter-Fertigungsgeräte verwendet werden, z. B. als Aufnahme zum Halten eines Halbleiterwafers, Dummywafers, von Schattenringen, Rohren zur Erzeugung von Hochfrequenzplasma, Kuppeln zur Erzeugung von Hochfrequenzplasma, hochfrequente Übertragungsfenstern, Hebestiften zum Abstützen von Halbleiterwafern, Berieselungsplatten und dergleichen.
Als elektronisch-funktionelle Materialien, auf die der erfindungsgemäße Aluminiumnitrid-Sinterkörper anwendbar ist, kann eine Heizquelle für Induktionsheizung (Heizmaterial) angeführt werden. Da der erfindungsgemäße Sinterkörper hohe Reinheit sowie hohen Korrosionswiderstand gegenüber Plasma aufweist, kann er als Heizquelle für Induktionsheizung in einer Plasmaatmosphäre verwendet werden.
Die Anmelder erzeugten die in Fig. 29 gezeigte elektrostatische Halterung. Als Ausgangspulver wurde ein durch reduktives Nitridieren erhaltenes Aluminiumnitrid-Pulver verwendet. Die Sauerstoffmenge betrug 1,2 Gew.-% und die Menge der Metallverunreinigungen im Ausgangspulver 90 ppm. Eine Additivlösung wurde durch Lösen von Yttriumnitrat in Isopropylalkohol gebildet und mittels einer Topfmühle mit dem Aluminiumnitrid-Ausgangspulver vermischt. Der Gehalt des zugemischten Yttriumoxids, berechnet als Y&sub2;O&sub3;, betrug 0,05 Gew.-%.
Als Elektrode 19 wurde ein Metallnetz 13 aus Molybdän verwendet. Das Metallnetz 13 war aus einem Molybdändraht mit einem Durchmesser von 0,5 mm in einer Dichte von 15 Enden pro Zoll gestrickt. Das Metallnetz 13 wurde im obigen Ausgangspulver eingebettet, ein Druck von 100 kp/cm² wurde in senkrechter Richtung auf das Metallnetz 13 angelegt und axiales Pressformen durchgeführt, um einen scheibenförmigen Körper mit einem Durchmesser von 200 mm zu erhalten. Dieser wurde in eine Heißpressform gesteckt und hermetisch abgedichtet. Die Temperatur wurde mit einer Temperaturerhöhungsrate von 300ºC/h erhöht. Dabei wurde der Druck im Bereich von Raumtemperatur bis 1.000ºC reduziert. Gleichzeitig mit dem Temperaturanstieg über diesen Temperaturbereich hinaus wurde der Druck erhöht. Die bei 2.000 0C angesetzte Höchsttemperatur wurde 5 Stunden lang beibehalten.
Für den so erhaltenen Sinterkörper wurden Messungen in Einklang mit den oben beschriebenen Verfahren durchgeführt. Die Gesamtmenge der Metallverunreinigungen außer Yttrium betrug 90 ppm, Yttrium (Y) betrug 320 ppm, die Gesamt-Sauerstoffmenge (O) betrug 0,90 Gew.-%, die Gesamt-Kohlenstoffmenge (C) betrug 0,03 Gew.-% und überschüssiger Sauerstoff (O) 0,89 Gew.-%. Außerdem besaß dieser Sinterkörper einen G-Wert laut ESR-Spektrums von 1,9977, ein Peakverhältnis (Al/Mn) von 3,50, eine Spinzahl von 2,9 · 10¹³ Spin/mg, einen mittleren Korndurchmesser von 11 um, eine Wärmeleitfähigkeit von 60, eine Festigkeit von 320 MPa und eine relative Dichte von 99,9%.
Das Spektrum wurde mittels Kathodenlumineszenz-Verfahren gemessen, und der gleiche Hauptpeak wie in Fig. 23 wurde im Wellenlängenbereich von 350-370 nm beobachtet. Die Sauerstoffmenge in den Kristallkörnern wurde mittels EPMA ermittelt und betrug 0,79 Gew.-%.
Die Oberfläche der dielektrischen Schicht des erhaltenen Sinterkörpers wurde maschinell bearbeitet, damit ihre Dicke 1 mm betrug. Durchgangslöcher 12 wurden von der Hinterseite 11b des Sinterkörpers ausgehend mit einem Bearbeitungszentrum ausgebildet. Außerdem wurde ein Anschluss 20 mit den Elektroden 19 verbunden. Das Widerstandsheizelement wurde jedoch nicht eingebettet. Die elektrostatische Halterung wies einen Durchmesser von 200 mm und eine Dicke von 12 mm auf. Die Anziehungskraft dieser elektrostatischen Halterung wurde ermittelt; die Anziehungskraft, die in einem Intervall von 100ºC von Raumtemperatur bis 300ºC gemessen wurde, betrug 60-100 g/cm² bei jeder Temperatur. Der spezifische Volumenwiderstand der dielektrischen Schicht betrug bei Raumtemperatur 1 · 10&sup7; Ω.cm.
Wie oben erwähnt bietet die Erfindung einen neuartigen Aluminiumnirid-Sinterkörper mit hoher Reinheit und niedrigem spezifischem Volumenwiderstand. Es wird ein neuartiges elektronisch-funktionelles Material, das einen derartigen Aluminiumnitrid-Sinterkörper mit spezifischem Volumenwiderstand auf Halbleiter-Niveau umfasst, sowie eine elektrostatische Halterung unter Verwendung dieses Aluminiumnitrid-Sinterkörpers bereitgestellt.

Claims

1. Aluminiumnitrid-Sinterkörper, der ein oder mehrere Seltenerdelemente in einer Gesamtmenge (berechnet als Oxid) zwischen 150 ppm und 0,5 Gew.-%, Metallverunreinigungen mit Ausnahme von Seltenerdelementen in einer Gesamtmenge von nicht mehr als 900 ppm, Kohlenstoff in einer Gesamtmenge von nicht mehr als 0,05 Gew.-% und Sauerstoff in einer solchen Menge enthält, dass die Differenz zwischen dem Gesamt-Sauerstoffgehalt im Aluminiumnitrid-Sinterkörper und dem als Sauerstoff der Oxide des Seltenerdelements berechneten Sauerstoffgehalt zwischen 0,5 und 2,0 Gew.-% liegt, der Aluminiumnitrid-Sinterkörper eine relative Dichte von nicht weniger als 98, 5 % aufweist, bei der Röntgenbeugungsanalyse keine Peaks kristalliner Seltenerdmetallphasen aufweist und in dem nach dem Kathodenlumineszenzverfahren erhaltenen Spektrum einen Hauptpeak in einem Wellenlängebereich zwischen 350 nm und 370 nm aufweist.

2. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 1, worin die Aluminiumnitrid-Kristallkörner, aus denen er besteht, einen mittleren Korndurchmesser von nicht weniger als 3,0 um aufweisen.

3. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 2, worin die Aluminiumnitrid-Kristallkörner, aus denen er besteht, einen mittleren Korndurchmesser zwischen 5 um und 20 um aufweisen.

4. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin die Gesamtmenge der Seltenerdelemente, berechnet als Oxid, nicht größer als 0,1 Gew.-% ist.

5. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin die Gesamtmenge der Metallverunreinigungen nicht größer als 500 ppm ist.

6. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin der Hauptpeak vom Inneren der Aluminiumnitrid-Kristallkörner erzeugt wird, aus denen er besteht.

7. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 1, der einen spezifischen Volumenwiderstand bei Raumtemperatur zwischen 1,0 · 10&sup6; und 1,0 · 10¹² Ω.cm aufweist.

8. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 7, worin der spezifische Volumenwiderstand bei Raumtemperatur nicht größer als 1,0 · 10¹¹ Ω.cm ist.

9. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 2, worin die Sauerstoffkonzentration in den Aluminiumnitrid-Kristallkörnern, aus denen er besteht, zwischen 0,50 und 2,00 Gew.-%, gemessen mit einem Elektronensonden-Röntgenstrahlen-Mikroanalyzer, liegt.

10. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin das/die Seltenerdelement(e) im Wesentlichen nicht innerhalb der Aluminiumnitrid-Kristallkörner, sondern an den Korngrenzen benachbarter Aluminiumnitrid-Kristallkörner vorliegen.

11. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 10, worin das Kristallgitter, das jedes Aluminiumnitrid-Kristallkorn bildet, an den Korngrenzen einen ungeordneten Abschnitt mit einer Breite von nicht mehr als 1 nm umfasst.

12. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 10, worin das/die Seltenerdelement(e) am Tripelpunkt des Aluminiumnitrid-Sinterkörpers im Wesentlichen nicht in der kristallinen Phase, sondern an einer Oberfläche oder nahe der Oberfläche jedes Kristallkorns vorliegt/vorliegen, das sich dem Tripelpunkt nähert.

13. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 1 oder 10, worin ungepaarte Aluminiumelektronen in dem nach dem Elektronenspinresonanzverfahren erhaltenen Spektrum einen G-Wert von nicht mehr als 2.000 aufweist.

14. Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 13, worin das Spinausmaß pro mg- Einheit Aluminium, das aus dem nach dem Elektronenspin-Resonanzverfahren erhaltenen Spektrum nicht geringer als 1 · 10¹³ Spin/mg ist.

Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach Anspruch 1, der in massiver Form vorliegt.

1 G. Gegenstand, der einen Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und ein darin eingebettetes Metallelement umfasst.

17. Elektronikmaterial, das einen Aluminiumnitrid-Sinterkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 15 umfasst.

18. Elektrostatische Halterun, die eine anziehende Oberfläche zum Anziehen und Halten eines Halbleiters aufweist, die ein Substrat umfasst, das einen Aluminiumnitrid- Sinterkörper nach Anspruch 15, eine in das Substrat eingebettete, plattenförmige Elektrode und eine Stromquelle zur Versorgung der plattenförmigen Elektrode mit Gleichstrom umfasst.