JP2003226580A

JP2003226580A - 窒化アルミニウム質セラミックスおよび半導体製造用部材

Info

Publication number: JP2003226580A
Application number: JP2002330633A
Authority: JP
Inventors: 潤 ▲よし▼川; Jun Yoshikawa; Yuji Katsuta; 祐司勝田
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2001-11-26
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2003-08-12

Abstract

(57)【要約】【課題】窒化アルミニウム質セラミックスの体積抵抗率
を上昇させること。【解決手段】窒化アルミニウムの格子定数のａ軸長が
３．１１２０オングストローム以上、３．１２００オン
グストローム以下であり、ｃ軸長が４．９８１０オング
ストローム以上、４．９９００オングストローム以下で
ある。窒化アルミニウム質セラミックスの室温での体積
抵抗率が１×１０^１４Ω・ｃｍ以上である。あいは、窒
化アルミニウム質セラミックスの５００℃での体積抵抗
率が１×１０ ^８Ω・ｃｍ以上であり、７００℃での体積
抵抗率が１×１０^７Ω・ｃｍ以上である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、体積抵抗率の高い
窒化アルミニウム質セラミックスおよびこれを利用した
半導体製造用部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】窒化アルミニウム焼結体は、ハロゲンガ
スに対する耐蝕性を有するために、半導体製造装置用の
各種部材の基材として利用されている。また、セラミッ
クヒーターの基材は、使用温度領域において、所定の絶
縁性と熱伝導性とを有するものであることが必要であ
る。窒化アルミニウム焼結体は、絶縁性と高い熱伝導性
とを有していることから、シリコンウエハー加熱用のセ
ラミックヒーターの基材として使用されている。しか
し、緻密質の窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗率は、
室温では通常１０^１３Ω・ｃｍ近辺であり、例えば５０
０℃では１０^７Ω・ｃｍ以下になる。このため、例えば
５００℃において１０^８Ω・ｃｍ以上の体積抵抗率を有
する窒化アルミニウム焼結体が望まれる。

【０００３】本出願人は、特開２０００−４４３４５号
公報において、マグネシウム成分を窒化アルミニウム原
料粉末へと添加することによって、高い耐蝕性と体積抵
抗率とを有する窒化アルミニウム焼結体を製造すること
を開示した。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、マグネシウム
はアルカリ土類金属であり、半導体製造プロセスにおい
ては必ずしも望ましくないとされている。また、一層の
処理プロセスの高温化に対応することまでは難しい。ア
ルカリ金属やアルカリ土類金属の量が少ない系において
体積抵抗率の高い窒化アルミニウム質セラミックスを安
定して得ることは難しい。特に、４００℃以上、例えば
５００℃において前記のような高い体積抵抗率を有する
窒化アルミニウム質セラミックスを得ることは難しい。

【０００５】本発明の課題は、窒化アルミニウム質セラ
ミックスの体積抵抗率を上昇させることである。

【０００６】また、本発明の課題は、窒化アルミニウム
質セラミックスの高温領域における体積抵抗率を上昇さ
せ、高温領域における絶縁性を確保できるようにするこ
とである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、窒化アルミニ
ウムの格子定数のａ軸長が３．１１２０オングストロー
ム以上、３．１２００オングストローム以下であり、ｃ
軸長が４．９８１０オングストローム以上、４．９９０
０オングストローム以下であり、室温での体積抵抗率が
１×１０^１４Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする、窒
化アルミニウム質セラミックスに係るものである。

【０００８】また、本発明は、窒化アルミニウムの格子
定数のａ軸長が３．１１２０オングストローム以上、
３．１２００オングストローム以下であり、ｃ軸長が
４．９８１０オングストローム以上、４．９９００オン
グストローム以下であり、５００℃での体積抵抗率が１
×１０^８Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする、窒化ア
ルミニウム質セラミックスに係るものである。

【０００９】また、本発明は、窒化アルミニウムの格子
定数のａ軸長が３．１１２０オングストローム以上、
３．１２００オングストローム以下であり、ｃ軸長が
４．９８１０オングストローム以上、４．９９００オン
グストローム以下であり、７００℃での体積抵抗率が１
×１０^７Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする、窒化ア
ルミニウム質セラミックスに係るものである。

【００１０】また、本発明は、前記窒化アルミニウム質
セラミックスによって、少なくとも一部が構成されてい
ることを特徴とする、半導体製造用部材に係るものであ
る。

【００１１】本発明者は、体積抵抗率の上昇を可能とす
るような窒化アルミニウム質セラミックスの条件につい
て更に検討した。この結果、炭素原子および酸素原子を
窒化アルミニウム粒子の内部に比較的多量に固溶させ、
窒化アルミニウムの格子定数を広げることによって、窒
化アルミニウム結晶それ自体の抵抗値が上昇し、窒化ア
ルミニウム質セラミックスの体積抵抗率の上昇をもたら
し得ることを見出し、本発明に到達した。つまり、窒化
アルミニウム粒子の格子定数を、ａ軸、ｃ軸ともに所定
の臨界値以上に増大させることで、セラミックスの体積
抵抗率の上昇がもたらされることを見いだした。これ
は、酸素原子や炭素原子の粒子中への固溶に伴って、窒
化アルミニウムの結晶格子が拡張していることを示して
いる。

【００１２】前記格子定数は、実施例に記載の強力Ｘ線
回折装置を使用して測定するものとする。

【００１３】また、窒化アルミニウム質セラミックスの
熱伝導率を上昇させる観点からは、窒化アルミニウムの
格子定数のａ軸長は、３．１１８０オングストローム以
下が好ましく、あるいは、ｃ軸長が４．９８６０オング
ストローム以下が好ましい。

【００１４】また、窒化アルミニウム質セラミックスの
体積抵抗率を一層上昇させるという観点からは、窒化ア
ルミニウムの格子定数のｃ軸長（ｃ）のａ軸長（ａ）に
対する比率（ｃ／ａ）が１．６０００以下であることが
好ましい。ｃ／ａの下限は特に限定されないが、製造し
やすさの観点からは１．５９５０以上であることが好ま
しい。

【００１５】窒化アルミニウムの格子体積の上限は４
２．００×１０^−２４ｃｍ ^３以下とすることが好まし
く、４１．９０×１０^−２４ｃｍ^３以下とすることが更
に好ましい。

【００１６】更に、本発明者は、窒化アルミニウム粒子
内の固溶酸素量（ｄ重量％）の窒化アルミニウム質セラ
ミックス内の炭素含有量（ｂ重量％）に対する比率（ｄ
／ｂ）を０．２５以上、２．０以下とすることによっ
て、このセラミックスの室温、高温における体積抵抗率
を一層高くできることを見出した。セラミックスの室
温、高温における体積抵抗率を一層向上させるという観
点からは、ｄ／ｂを０．４以上とすることが好ましく、
０．５以上とすることが更に好ましい。あるいは、ｄ／
ｂを１．８以下とすることが好ましく、１．５以下とす
ることが更に好ましい。

【００１７】また、本発明者は、窒化アルミニウム粒子
内の固溶酸素量を０．５重量％以下とすることによっ
て、窒化アルミニウム質セラミックスの熱伝導率を著し
く向上させることが可能であることを発見した。これに
よって、窒化アルミニウム質セラミックスの熱伝導率
を、９０Ｗ／ｍＫ以上、更には１００Ｗ／ｍＫ以上に向
上させることが可能である。

【００１８】窒化アルミニウム質セラミックスの熱伝導
率を向上させるという観点からは、前記固溶酸素量を
０．４重量％以下とすることが好ましく、０．３重量％
以下とすることが一層好ましい。

【００１９】本発明においては、汚染の原因となりやす
いアルカリ金属およびアルカリ土類金属の含有量が０．
５ｗｔ％以下であることが好ましく、０．１ｗｔ％以下
であることが更に好ましい。

【００２０】本発明の窒化アルミニウム質セラミック
ス、特に焼結体には、希土類元素を０．１〜１０重量％
含有させることが好ましい。これによって、希土類元素
を添加しない場合に比べて、より低温での焼結で、高い
体積抵抗率を得ることができる。この観点からは、希土
類元素の含有量を０．２重量％以上とすることが好まし
く、８重量％以下とすることが好ましい。希土類元素の
添加は高熱伝導化の効果もある。

【００２１】ここで言う希土類元素は、サマリウム、ス
カンジウム、イットリウム、ランタン、セリウム、プラ
セオジム、ネオジム、プロメチウム、ユーロピウム、ガ
ドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウ
ム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウ
ムの十七元素である。

【００２２】好ましくは、希土類金属元素が、イットリ
ウム、ランタン、セリウム、ネオジム、サマリウム、ガ
ドリニウム、ジスプロシウム、エルビウムおよびイッテ
ルビウムからなる群より選ばれた一種以上の元素であ
る。

【００２３】半導体用途等の高度に不純物を嫌う用途に
適した高耐蝕性の焼結体を提供するという観点からは、
アルミニウムおよび希土類元素を除く不純物金属元素の
含有量を１００ｐｐｍ以下とすることが好ましく、５０
ｐｐｍ以下とすることが一層好ましい場合がある。

【００２４】本発明において、ＡｌＮ結晶格子のａ軸
長、ｃ軸長を大きくする方法は特に限定されない。

【００２５】好適な実施形態においては、ＡｌＮ結晶の
成長過程、あるいは焼結過程において、ＡｌＮ結晶格子
中に、炭素と酸素とを包含させる。この過程でＡｌＮ結
晶格子が微視的に拡張される。

【００２６】例えば、窒化アルミニウム原料に対して炭
化ホウ素を適量添加し、焼結させることができる。この
焼結過程においては、窒化アルミニウムが焼結する際
に、炭化ホウ素が気相の窒素と反応して窒化ホウ素を粒
界に生成させるのと共に、炭素が窒化アルミニウム粒子
内に拡散し固溶し、窒化アルミニウム原料中に存在する
酸素成分も固溶するものと思われる。

【００２７】窒化アルミニウム原料粉末に対して、窒化
ホウ素粉末を添加し、焼結を行う場合には、窒化アルミ
ニウム粒子の内部への炭素原子や酸素原子の固溶に伴う
体積抵抗率の上昇は見られない。

【００２８】更に、本発明者は、窒化アルミニウム原料
粉末に対して炭素粉末を添加し、炭素原子を窒化アルミ
ニウム粒子内に拡散させることを試みた。しかし、この
場合には、炭素原子は消失するか、粒界相に留まり、窒
化アルミニウム粒子への固溶量は少なく、窒化アルミニ
ウム結晶格子を拡張させるには至らなかった。これは、
炭化ホウ素と気相の窒素との反応プロセスに伴って、活
性の高い炭素原子が発生し、窒化アルミニウム粒子内へ
と拡散したことを裏づけているものと思われる。

【００２９】なお、特開平５−１７８６７１号公報にお
いては、ホウ素換算で０．５重量％の炭化ホウ素（Ｂ_４
Ｃ）を窒化アルミニウム粉末に添加し、１８００℃で焼
結させることを開示しており、これによって相対密度９
８．９％、熱伝導率１５３Ｗ／ｍ・ｋの焼結体を得てい
る。この炭化ホウ素は、結晶粒成長を抑制し、表面平滑
性を向上させる目的で添加されており、焼結体の体積抵
抗率との関連は記載されていない。本発明者の検討によ
れば、このような少量の炭化ホウ素の添加では、窒化ア
ルミニウム粒子への炭素原子や酸素原子の固溶は格子定
数を大きく変化させることはなく、体積抵抗率の上昇に
寄与しない。

【００３０】本発明における窒化アルミニウム質セラミ
ックスとは、窒化アルミニウム粒子の多結晶体を主体と
するセラミックスを意味している。従って、窒化アルミ
ニウム質セラミックスの製法は限定されず、化学的気相
成長法、物理的気相成長法、有機金属化学的気相成長
法、蒸着法などの気相法であってもよい。好ましくは、
窒化アルミニウム質セラミックスを焼結法によって製造
する。

【００３１】窒化アルミニウム質セラミックスにおける
アルミニウムの含有量は、窒化アルミニウム粒子が主相
として存在し得るだけの量である必要があり、好ましく
は３５重量％以上であり、更に好ましくは５０重量％以
上である。

【００３２】また、窒化アルミニウム質セラミックスに
おける窒化アルミニウム成分の含有量は、８０重量％以
上が好ましく、９０重量％以上が更に好ましい。

【００３３】窒化アルミニウム質セラミックス中のホウ
素原子の含有量を０．５重量％以上とし、炭素原子の含
有量を０．１重量％以上とすることによって、前述した
窒化アルミニウム粒子の抵抗値上昇を促進できる。この
観点からは、ホウ素原子の含有量を０．８重量％以上と
することが更に好ましく、あるいは、炭素原子の含有量
を０．３重量％以上とすることが更に好ましい。

【００３４】また、ホウ素原子の含有量を１０重量％以
下とすることによって、窒化アルミニウム質セラミック
スの熱伝導率を高くすることができる。この観点から
は、ホウ素原子の含有量を５重量％以下とすることが更
に好ましい。また、炭素原子の含有量を２．５重量％以
下とすることによって、窒化アルミニウム質セラミック
スの熱伝導率を高くすることができる。この観点から
は、炭素原子の含有量を１．５重量％以下とすることが
更に好ましい。

【００３５】好適な実施形態においては、炭素原子とホ
ウ素原子との比率（Ｃ／Ｂ）を重量比で０．１以上、
０．５以下とする。これによって、窒化アルミニウム質
セラミックスの体積抵抗率が一層上昇する。

【００３６】本発明においては、窒化アルミニウム質セ
ラミックスの室温における体積抵抗率を１×１０^１４Ω
・ｃｍ以上とすることができる。更に、これを５×１０
^１４Ω・ｃｍ以上とすることができ、特には１×１０
^１５Ω・ｃｍ以上にすることが可能である。

【００３７】また、本発明においては、窒化アルミニウ
ム質セラミックスの５００℃での体積抵抗率を１×１０
^８Ω・ｃｍ以上とすることができる。更に、これは、５
×１０^８Ω・ｃｍ以上とすることが可能である。

【００３８】また、本発明においては、窒化アルミニウ
ム質セラミックスの７００℃での体積抵抗率を１×１０
^７Ω・ｃｍ以上とすることができる。更に、これは、５
×１０^７Ω・ｃｍ以上とすることが可能である。

【００３９】好適な実施形態においては、窒化アルミニ
ウム質セラミックスの開気孔率が５％以下であり、更に
好ましくは０．１％以下である。

【００４０】好適な実施形態においては、本発明の窒化
アルミニウム質セラミックスの熱伝導率が３０Ｗ／ｍ・
Ｋ以上である。熱伝導率の上限は特にないが、通常は１
５０Ｗ／ｍ・ｋ以下である。

【００４１】好適な実施形態においては、窒化アルミニ
ウム質セラミックスが、窒化ホウ素を主体とする粒界相
を有する。窒化ホウ素以外には、次の結晶相が生成する
場合がある。（１）希土類元素とアルミニウムとの複合酸化物相。好
ましくは、ガーネット結晶構造またはペロブスカイト結
晶構造を有する複合酸化物相。（２）希土類元素のホウ化物。

【００４２】窒化アルミニウムの原料は、直接窒化法、
還元窒化法、アルキルアルミニウムからの気相合成法な
どの種々の製法によるものを使用できる。

【００４３】窒化アルミニウムの原料粉末に対して、炭
化ホウ素を添加できる。また、希土類元素を添加する場
合には、希土類元素の酸化物の他、硝酸塩、硫酸塩、シ
ュウ酸塩、アルコキシド等の加熱によって希土類元素酸
化物を生成する化合物（希土類元素酸化物の前駆体）を
添加できる。この前駆体は、粉末の状態で添加できる。
また、硝酸塩、硫酸塩などの化合物を溶剤に溶解させて
溶液を得、この溶液を原料粉末に添加できる。このよう
に、前記前駆体を溶媒中に溶解させた場合には、窒化ア
ルミニウム粒子間に希土類元素を高度に分散させること
ができる。

【００４４】焼結体の成形は、乾式プレス、ドクターブ
レード法、押し出し、鋳込み、テープ成形法等、公知の
方法を適用できる。

【００４５】調合工程においては、溶剤中に窒化アルミ
ニウム原料粉末を分散させ、この中に炭化ホウ素および
希土類元素化合物を、前記した酸化物粉末や溶液の形で
添加することができる。混合を行う際には、単純な攪拌
によっても可能であるが、前記原料粉末中の凝集物を解
砕する必要がある場合には、ポットミル、トロンメル、
アトリッションミル等の混合粉砕機を使用できる。添加
物として、粉砕用の溶媒に対して可溶性のものを使用し
た場合には、混合粉砕工程を行う時間は、粉末の解砕に
必要な最小限の短時間で良い。また、ポリビニルアルコ
ール等のバインダー成分を添加することができる。

【００４６】この混合用溶剤を乾燥する工程は、スプレ
ードライ法が好ましい。また、真空乾燥法を実施した後
に、乾燥粉末をフルイに通してその粒度を調整すること
が好ましい。

【００４７】粉末を成形する工程においては、円盤形状
の成形体を製造する場合には、金型プレス法を使用でき
る。成形圧力は、１００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上とすること
が好ましいが、保型が可能であれば、特に限定はされな
い。粉末の状態でホットプレスダイス中に充填すること
も可能である。

【００４８】本発明の焼結体は、ホットプレス焼成によ
ることが好ましく、被焼成体を５０ｋｇｆ／ｃｍ^２以上
の圧力下でホットプレス焼結させることが好ましい。

【００４９】焼結温度は限定されないが、好ましくは１
７００〜２２００℃であり、更に好ましくは、１７５０
℃以上、あるいは，２１００℃以下であり、最も好まし
くは１７５０℃−２０５０℃である。

【００５０】焼結時の昇温工程においては、１４００〜
１７００℃の温度で保持することが好ましく、これによ
ってセラミックスの熱伝導率が向上する。

【００５１】本発明の窒化アルミニウム質セラミックス
は、シリコンウエハーの処理装置や液晶ディスプレイ製
造装置のような半導体製造装置内の各種部材として、好
適に用いることができる。この半導体製造装置とは、半
導体の金属汚染が懸念されるような、幅広い半導体製造
プロセスにおいて使用される装置のことを意味してい
る。これには、成膜装置の他、エッチング装置、クリー
ニング装置、検査装置が含まれる。

【００５２】また、本発明の窒化アルミニウム質セラミ
ックスは、４００℃以上の最高温度に暴露されるような
高温用部材として利用でき、高温でもある程度の絶縁性
を有している。

【００５３】半導体製造用部材は、特に好ましくは、半
導体製造装置用のサセプター等の耐蝕性部材である。ま
た、この耐蝕性部材中に金属部材を埋設してなる金属埋
設品に対して好適である。耐蝕性部材としては、例えば
半導体製造装置中に設置されるサセプター、リング、ド
ーム等を例示できる。サセプター中には、抵抗発熱体、
静電チャック電極、高周波発生用電極等を埋設できる。

【００５４】本発明の窒化アルミニウム質セラミックス
は、前記のように高温下での体積抵抗率が高いことか
ら、高温領域で使用するセラミックヒーターに対して特
に好適である。こうしたセラミックヒーターは、例えば
４００℃以上の温度で好適に使用でき、更には１０００
℃の最高温度まで好適に使用できる。

【００５５】また、本発明の窒化アルミニウム質セラミ
ックスは、７００℃においても１０^７〜１０^９Ω・ｃｍ
程度の体積抵抗率を有しているので、このような高温領
域においても静電チャック用基材として有用である。即
ち、ジョンソン−ラーベック力を利用した静電チャック
では、高吸着力と高応答性を得るために、基材材料の体
積抵抗率を１×１０^８Ω・ｃｍ以上、1 ×１０^１３Ω・
ｃｍ以下に制御することが望ましい。この点、本発明の
窒化アルミニウム質セラミックスは、例えば３００〜８
００℃、特には４００〜７００℃の温度範囲において、
このような体積抵抗率を示すので、高温領域での使用に
好適である。また、室温において高抵抗であるため、ク
ーロン力を利用した静電チャック用基材としても有用で
ある。

【００５６】

【実施例】（実験Ａ）（１）ＡｌＮ／Ｂ_４Ｃ／Ｙ_２Ｏ_３混合粉末の調製 AlN粉末は、市販の還元窒化粉末を使用した。Ｂ_４Ｃ粉
末は、市販の高純度、平均粒径２μｍ以下のものを使用
した。Ｙ_２Ｏ_３粉末は、市販の純度９９．９％以上、平
均粒径１μｍ以下のものを使用した。

【００５７】各粉末を、表１、表３に示す各重量比とな
るよう秤量した。ただし、窒化アルミニウムの量を１０
０重量部とし、Ｂ_４ＣおよびＹ_２Ｏ_３の添加量は重量部
単位で示した。イソプロピルアルコールを溶媒とし、ナ
イロン製のポット及び玉石を用いて４時間湿式混合し
た。混合後スラリーを取り出し、窒素雰囲気中１１０℃
で乾燥し、原料粉末を作製した。なお、調合粉末の「重
量部」は、AlN 、Ｂ_４Ｃ、Ｙ_２Ｏ_３粉末とも不純物含有
量を無視して算出した割合を示す。

【００５８】（２）成形、焼成（１）により得た原料粉末を２００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧
力で一軸加圧成形し、直径φ５０ｍｍ、厚さ２０ｍｍ程
度の円盤状成形体を作製し、焼成用黒鉛モールドに収納
した。

【００５９】焼成はホットプレスを用い、プレス圧力は
２００ｋｇｆ／ｃｍ^２である。焼成温度１８００〜２０
００℃で4 時間保持し、冷却した。一部の材料では、焼
成温度まで昇温する前に、１５００℃または１７００℃
の温度で２０時間の途中キープを導入した。雰囲気は、
室温から１０００℃までは真空とし、１０００℃から焼
成温度までは１．５ｋｇｆ／ｃｍ^２の窒素ガスを導入し
た。

【００６０】（３）評価得られた焼結体を加工し、以下の評価を行った。（相対密度）（嵩密度）×１００／（調合組成から算
出した理論密度）により算出した。嵩密度は純水を利用
したアルキメデス法によって測定した。（体積抵抗率） JIS C2141 に準じた方法により、真空
雰囲気下で室温から４００℃程度まで測定した。試験片
形状はφ５０×1mm とし、主電極径20mm、ガード電極内
径30mm、ガード電極外径40mm、印加電極径45mmとなるよ
う各電極を銀で形成した。印加電圧は500 Ｖ／ｍｍと
し、電圧印加後1 分時の電流を読みとり、体積抵抗率を
算出。（曲げ強度） JIS R1601 による室温四点曲げ強度を測
定した。（熱伝導率）レーザーフラッシュ法により熱拡散率を
測定し、算出した。比熱には窒化アルミニウムの物性値
753 Ｊ／ｋｇ・Ｋを採用した。（格子定数）格子定数既知のＡｌ_２Ｏ_３を内部標準と
してWPPD法により測定。測定条件はCuK α1 （Geインシ
デントモノクロメーターにより単色化）、50kV、300mA
、2 θ＝３０−１２０°：回転対陰極型Ｘ線回折装置
「理学電機製「ＲＩＮＴ」」（炭素量：ｂ重量％）高周波加熱赤外線吸収法により
定量した。（結晶相）Ｘ線回折装置により同定した。測定条件は
CuK α、50kV、300mA、2 θ＝１０〜７０°：回転対陰
極型Ｘ線回折装置「理学電機製「ＲＩＮＴ」」（微構造
観察） EPMAにより各元素の分布状態を解析した。（粒子内酸素量：ｄ重量％）焼結体全体の酸素量を化
学分析によって得た。誘導結合プラズマ（ICP ）発光ス
ペクトル分析によりＹ量を定量した。このＹ量をＹ_２Ｏ
_３量に換算し、Ｙ_２Ｏ_３量に含まれる酸素量を算出し
た。そして、焼結体全体の酸素量（化学分析値）から、
Ｙ_２Ｏ_３量に含まれる酸素量を引き算し、粒子内酸素量
の算出値（ａ重量％）を得た。（ｄ／ｂ）高周波加熱赤外線吸収法により、焼結体の
炭素量（ｂ重量％）を定量した。そして、上述のｄをｂ
によって除した。

【００６１】

【表１】

【００６２】

【表２】

【００６３】

【表３】

【００６４】

【表４】

【００６５】以下、各例の実験結果を検討する。（実施例１）原料粉末組成は、ＡｌＮ／Ｂ_４Ｃ／Ｙ_２Ｏ
_３＝１００／３．４／２（重量部）である。この粉末を
成形し、昇温速度１０００℃／時間で昇温し、１５００
で２０時間の途中キープ後、２０００℃で４時間焼成
し、密度３．１９ｇ／ｃｍ^３、開気孔率０．０２％の緻
密体を得た。

【００６６】室温（２５℃）での体積抵抗は３×１０
^１５Ω・ｃｍであり、500℃での体積抵抗率は１×１０
^１０Ω・ｃｍであり、７００℃での体積抵抗率は２×１
０^８Ω・ｃｍであった。ただし、「３×１０^１５」Ω・
ｃｍは、「３Ｅ＋１５」Ω・ｃｍと表記し、他の部分で
も同様の表記法を採用した。

【００６７】実施例１の試料の強度は325MPaであり、高
強度である。また、熱伝導率は58Ｗ／ｍ・ｋであった。
ＡｌＮ粒内に異種原子が多く固溶したため、低熱伝導化
したためである。Ｘ線回折測定により、構成相としてAl
N 、BN、YB４が同定された。

【００６８】 EPMA による焼結体中のＢ、Ｃ、Ｏ、Ｎ、
Ｙの分布を図１に示す。参考として比較例５の試料にお
ける分布を図２に示した。図において明るい部分ほど、
各元素が多く存在する状態を示す（右端色調スケール参
照) 。図１より、実施例１では、ＣおよびＯがAlN 粒内
に多く存在していることが分かる。Ｂ成分のAlN 粒内へ
の顕著な固溶は認められなかった。

【００６９】実施例１の試料のAlN 格子定数を表２に示
す。通常のAlN 材料と比較して、実施例１の試料では、
ａ軸、ｃ軸ともに著しく膨張しており、AlN 粒内への異
種原子の固溶が示唆される。EPMAより、固溶元素はＣお
よびＯ原子であることが分かる。AlN結晶の格子が拡張
することで、電気伝導キャリアの濃度を低下させるか、
あるいは固溶により生じた結晶欠陥が、キャリアの移動
を阻害したものと推定される。

【００７０】（実施例２〜８）実施例２は、原料粉末組
成は実施例１と同じであるが、昇温過程において１５０
０℃でのキープを行っていない。この場合には、体積抵
抗率はほとんど変化しないが、熱伝導率が若干低下す
る。実施例３、４においては、製造条件およびイットリ
ア添加量は、実施例２と同じであるが、Ｂ_４Ｃを減少さ
せている。このように、Ｂ_４Ｃの添加量を減少させて
も、高抵抗材料が得られ、熱伝導率は高くなった。

【００７１】実施例５においては、製造条件およびイッ
トリア添加量は実施例２、3 、4 と同じであるが、Ｂ_４
Ｃの添加量を増加させた。本例でも高抵抗材料が得られ
た。しかし、Ｂ_４Ｃの添加量を増加させても、高抵抗化
の効果にはあまり変化がなく、熱伝導率は低下する。

【００７２】実施例６においては、製造条件およびＢ４
Ｃ添加量は実施例２と同じであり、イットリアは無添
加である。このように希土類元素無添加でも高抵抗材料
が得られる。しかし、緻密化のためには２０００℃程度
の焼成温度が必要であり、製造上高コストになる。

【００７３】実施例７、８では、熱伝導率が９２、１１
４Ｗ／ｍＫと非常に大きくなった。実施例７、８では、
粒子内酸素量が低く、０．５重量％以下になっている。
これに対して、実施例１〜６においては粒子内酸素量は
相対的に高くなっており、粒子内酸素量と熱伝導率との
間に明確な相関が見られた。

【００７４】そして、実施例１〜８において、ａ軸長が
３．１１２０オングストローム以上であり、ｃ軸長が
４．９８１０オングストローム以上である。また、ａ／
ｂが０．２５〜２．０の範囲内であった。

【００７５】（比較例１〜５）比較例１は、助剤無添加
系のAlN 焼結体である。AlN 格子定数はJCPDS 値（Ｎ
ｏ．２５−１１３３）に近く、実施例の試料と比べて小
さく、高抵抗とはならない。

【００７６】比較例２では、原料粉末組成はＡｌＮ／Ｂ
_４Ｃ／Ｙ_２Ｏ_３＝１００／０．６／２（重量部）であ
る。B_４C 添加量が少なく、AlN 格子定数はJCPDS値に対
して、ある程度変化するものの、高抵抗化の効果が小さ
い。

【００７７】比較例３では、Ｂ_４Ｃの代わりに、市販の
高純度ＢＮ粉末を使用し、焼結体特性を比較した。原料
粉末組成はＡｌＮ／ＢＮ／Ｙ_２Ｏ_３＝１００／８．５／
２（重量部) である。AlN 以外の構成相は、BN相および
YAlO_３相であり、Ｂ_４Ｃ添加材料と類似している。しか
し、ＢＮ添加量が８．５重量部と非常に多いのにも関わ
らず、500 ℃での抵抗が２×１０_６Ω・ｃｍと低い。Al
N 格子定数のJCPDS 値に対する変化は小さい。

【００７８】比較例４では、Ｂ４Ｃの代わりに、市販
の高純度Ｃ粉末を使用し、焼結体特性を比較した。原料
粉末組成はＡｌＮ／Ｃ／Ｙ_２Ｏ_３＝１００／０．６／２
（重量部）である。500 ℃での抵抗は６×１０^６Ω・ｃ
ｍと低い。熱伝導率は１６３Ｗ／ｍ・ｋと高く、AlN 格
子定数のJCPDS 値に対する変化は小さい。従って、Ｃ添
加材料ではAlN 粒内へのＣの固溶は起こりにくいと考え
られる。

【００７９】比較例５は、ＥＰＭＡ測定用のリファレン
ス材料であり、通常のAlN 材料である、Ｙ_２Ｏ_３添加Al
N を用いた。熱伝導率は１７４Ｗ／ｍ・ｋと高く、AlN
格子定数のJCPDS 値に対する変化は小さい。図２のEPMA
像より、Ｃ、ＯのAlN 粒内への固溶は少ない。

【００８０】（実験Ｂ）実験Ａと同様にして窒化アルミ
ニウム焼結体を製造した。ただし、実験Ａにおいて、混
合粉末を窒素雰囲気中１１０℃で乾燥し、原料粉末を作
製した後に、この原料粉末を４５０℃で２０時間熱処理
することによって仮焼し、仮焼物を粉砕して仮焼粉末を
得た。この仮焼粉末を、実験Ａと同様にして成形および
焼成した。原料粉末の配合と焼成条件とは、表５に示す
ように変更した。得られた焼結体についての測定結果を
表５、表６に示す。

【００８１】

【表５】

【００８２】

【表６】

【００８３】この結果から分かるように、本発明に従っ
て窒化アルミニウム結晶格子のａ軸長、ｃ軸長を制御す
ることで、室温、５００℃，７００℃において高い体積
抵抗率が得られる。

【００８４】（実験Ｃ）比較例として、実験Ａと同様に
して焼結体を製造した。ただし、原料粉末はＡｌＮ粉末
のみとし、Ｂ_４Ｃ粉末もイットリア粉末も添加しなかっ
た。焼成時の最高温度は１９００℃とし、１９００℃で
の保持時間は４時間とした。この結果、以下の測定結果
を得た。室温での体積抵抗率５．０×１０^１２Ω・ｃｍ５００℃での体積抵抗率２．０×１０^５Ω・ｃｍ曲げ強度４００ＭＰａ熱伝導率９６Ｗ／ｍ・Ｋａ軸長３．１１１７オングストロームｃ軸長４．９７８３オングストローム格子体積４１．７４３×１０^−２４ｃｍ^３ｃ／ａ

【００８５】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、窒
化アルミニウム質セラミックスの体積抵抗率を上昇させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 EPMA による実施例１の試料中のＢ、Ｃ、Ｏ、
Ｎ、Ｙの分布を示す。

【図２】 EPMA による比較例５の試料中のＢ、Ｃ、Ｏ、
Ｎ、Ｙの分布を示す。

フロントページの続きＦターム(参考） 3K034 AA02 BA06 BA14 JA01 3K092 PP20 RF11 RF27 VV06 VV19 4G001 BA09 BA23 BA36 BB33 BB36 BB42 BC51 BC52 BD23 BD38 BE01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】窒化アルミニウムの格子定数のａ軸長が
３．１１２０オングストローム以上、３．１２００オン
グストローム以下であり、ｃ軸長が４．９８１０オング
ストローム以上、４．９９００オングストローム以下で
あり、室温での体積抵抗率が１×１０^１４Ω・ｃｍ以上
であることを特徴とする、窒化アルミニウム質セラミッ
クス。
【請求項２】窒化アルミニウムの格子定数のａ軸長が
３．１１２０オングストローム以上、３．１２００オン
グストローム以下であり、ｃ軸長が４．９８１０オング
ストローム以上、４．９９００オングストローム以下で
あり、５００℃での体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｃｍ以
上であることを特徴とする、窒化アルミニウム質セラミ
ックス。
【請求項３】窒化アルミニウムの格子定数のａ軸長が
３．１１２０オングストローム以上、３．１２００オン
グストローム以下であり、ｃ軸長が４．９８１０オング
ストローム以上、４．９９００オングストローム以下で
あり、７００℃での体積抵抗率が１×１０^７Ω・ｃｍ以
上であることを特徴とする、窒化アルミニウム質セラミ
ックス。
【請求項４】窒化アルミニウムの格子定数のｃ軸長
（ｃ）のａ軸長（ａ）に対する比率（ｃ／ａ）が１．６
０００以下であることを特徴とする、請求項１〜３のい
ずれか一つの請求項に記載の窒化アルミニウム質セラミ
ックス。
【請求項５】窒化アルミニウムの格子体積が４１．７７
〜４２．０７×１０^−２ ^４ｃｍ^３であることを特徴とす
る、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の窒化
アルミニウム質セラミックス。
【請求項６】窒化アルミニウム粒子内固溶酸素量（ｄ重
量％）の前記窒化アルミニウム質セラミックスの炭素含
有量（ｂ重量％）に対する比率（ｄ／ｂ）が０．２５以
上、２．０以下であることを特徴とする、請求項１〜５
のいずれか一つの請求項に記載の窒化アルミニウム質セ
ラミックス。
【請求項７】アルカリ金属およびアルカリ土類金属の含
有量が１ｗｔ％以下であることを特徴とする、請求項１
〜６のいずれか一つの請求項に記載の窒化アルミニウム
質セラミックス。
【請求項８】４００℃以上の温度で使用されることを特
徴とする、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載
の窒化アルミニウム質セラミックス。
【請求項９】焼結体であることを特徴とする、請求項１
〜８のいずれか一つの請求項に記載の窒化アルミニウム
質セラミックス。
【請求項１０】請求項１〜９のいずれか一つの請求項に
記載の窒化アルミニウム質セラミックスによって、少な
くとも一部が構成されていることを特徴とする、半導体
製造用部材。
【請求項１１】前記窒化アルミニウム質セラミックスか
らなる基材と、この基材中に埋設されている金属部材と
を備えていることを特徴とする、請求項１０記載の半導
体製造用部材。
【請求項１２】セラミックヒーターであることを特徴と
する、請求項１０または１１記載の半導体製造用部材。