JP3385059B2 - 高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法 - Google Patents
高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は窒化アルミニウム粉末の
製造方法に関する。詳しくは、半導体周辺材料として好
適に用いられる低放射性窒化アルミニウム焼結体原料と
しての高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法に関す
る。 【０００２】 【従来技術】窒化アルミニウム焼結体は高熱伝導率、良
好な耐食性、高い高温強度等の特徴を有するため各種焼
結材料として注目されている。なかでも近年、高熱伝導
率、高抵抗及びバランスのとれた電気的性質から半導体
基板材料としての用途が急拡大している。最近の半導体
の高集積化の進歩は著しく、基板に求められる要求もき
びしいものがある。従来の窒化アルミニウム粉末は、窯
業協会誌 93[9]517(1985) 等に示されているようにかな
り高純度なものが得られている。 【０００３】従来、窒化アルミニウム粉末の合成方法と
しては次の２つの方法が工業化されていた。ひとつは金
属アルミニウム粉末を窒素またはアンモニアガスで窒化
する直接窒化法であり、もうひとつはアルミナ( 酸化ア
ルミニウム) とカーボンの粉末混合物を還元雰囲気下で
焼成するアルミナ還元法である。また最近、有機アルミ
ニウムとアンモニアの気相反応による窒化アルミニウム
の製造も提案されている。これらの方法では原料として
使用する金属アルミニウムあるいはアルミナは、原料物
質であるアルミナ水和物即ちボーキサイトをアルカリに
溶解し、加水分解してAl(OH)3 とし、これを1000℃以上
に強熱してアルミナとしている。さらに、これを氷晶石
とともに溶融電解して得られるのが金属アルミニウムで
ある。 【０００４】さて、ボーキサイト中にはウラン、トリウ
ムを含有することが知られている。しかし、ウラン、ト
リウムはそれらの化学的性質から、上記のプロセスによ
ってはアルミニウムからの除去が困難であり、これらか
ら製造されたアルミニウムおよびアルミナは必然的にウ
ラン、トリウムを含有する。 【０００５】従来存在した窒化アルミニウム粉末は、こ
れらを原料とするため必然的にウラン、トリウムを含有
するものであった。また有機アルミニウムも同様にウラ
ン、トリウムを含有する。〔表１〕に代表的な市販の金
属アルミニウム粒、窒化アルミニウム粉末のウラン、ト
リウム含有濃度を示す。 【０００６】 【表１】 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、最近ではさら
に半導体の高集積化が進み熱伝導率のみならずその材質
が発生する放射線、換言するとその含有するウラン、ト
リウム等の放射性元素の濃度が問題点として顕在化して
きた。これは放射性元素の出すα線によりソフトエラー
といわれる誤動作を起こす確率が集積度が高くなればな
るほど大きくなるからである。 【０００８】例えば、半導体の中でも集積度の著しいメ
モリー素子の一種であるDRAMは蓄積コンデンサに少数の
キャリア電荷があるかないかという形でデータを蓄積し
ているが、パッケージ材料中に微量存在するウラン、ト
リウム等の放射性元素が崩壊する際に放出するα線( α
粒子１個あたり約 5MeV)は、半導体素子のSi中に電子−
正孔対を発生( 約1.4 ×106 個／α粒子1 個) するた
め、この電荷が臨界電荷以上になるとデータの反転を引
き起こす。 【０００９】現在、このソフトエラーの許容限界は、お
およそ1000FIT(1FIT=109時間に１回の故障が起こる確
率) といわれており、64KBitDRAM級の集積度ではこの条
件を満たすためにはウラン、トリウムの含有量を 50ppb
以下とする必要があるといわれている( 平井、ぶんせ
き,9,639(1988)) 。 【００１０】従来、高純度の窒化アルミニウム粉末と称
されるものは市販されていたが、その高純度の意味はF
e，Si，Ca等の陽イオン不純物、あるいは酸素含有量が
少ないという意味であり、放射性元素の含有量は高く、
集積度の高い半導体基板用途には使用できないものであ
った。 【００１１】また純粋な窒化アルミニウムの熱伝導率は
約320W/m・ K といわれているが、現実の窒化アルミニウ
ムの単結晶やセラミックスではそれだけの熱伝導率は得
られていない。この最大の原因は酸素である。酸素は窒
化アルミニウム中の窒素と置換して固溶し( 固溶限界は
約 0.5％) 、このために、格子中のAlの位置に、空孔が
生じて格子点の原子質量が27から 0に変化する。窒化ア
ルミニウムでは、フォノン伝導による熱伝導が支配的で
あるため、これが原因となって熱伝導率が大きく低下す
るといわれている。 【００１２】さらに、固溶限界を越えて酸素が存在する
場合や酸化珪素が共存する場合には、アルミニウムの酸
窒化物が形成されて、熱伝導率がさらに低下することが
知られている。Slack らによれば、窒化アルミニウム焼
結体の熱抵抗Ｋ-1と酸素含有量との間には次の〔数１〕
で示す関係が成り立ち、酸素含有量を０に外挿すると窒
化アルミニウムの熱伝導率は319W/m ・ Kになると示され
ている。 【００１３】 【数１】K-1＝ K-1 theor ＋C ・Δn/n0 （ただし、C=0.43で実験値であり、Δn/n0は酸素の原子
密度(atom ／cm3)をあらわす) 。 【００１４】酸素不純物含有の問題は製造法の問題だけ
でなく、窒化アルミニウムを焼結体等の製品とする際に
おけるハンドリング時の酸化によるものも無視すること
ができない。窒化アルミニウムは次の反応式〔化１〕に
示す反応により水と容易に反応する性質を有しており、
粒子径が過度に小さいとハンドリング時に空気中の水分
によって酸化を受け易く、純度が低下するのである。ま
た同時にアンモニアも生成するため、作業環境、安全の
面でもより安定性の高い窒化アルミニウムが望まれてい
た。 【００１５】 【化１】AlN + 3H2O→ Al(OH)3 + NH3 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
を解決するため、高純度の窒化アルミニウム粉末を安価
に製造する方法について鋭意研究を行ってきた。その結
果、従来は不可能とされていたウラントリウムの含有濃
度を低く抑えた窒化アルミニウム粉末の製法を開発する
ことが出来、本発明を完成するに至った。 【００１７】すなわち本発明の高純度窒化アルミニウム
粉末の製造方法は、有機アルミニウム化合物とアンモニ
アとを気相反応させることにより窒化アルミニウムを製
造する方法において、先ず有機アルミニウムを蒸留精製
し、これをアンモニアと400〜1200℃の温度で反応せし
め、得られた中間体を1600〜1900℃の温度で焼成する事
を特徴とするものである。 【００１８】本発明の方法によればトリウムの含有量は
10ppb 以下となり、且つ、ウランとトリウムの含有量の
合計が50ppb 以下である高純度窒化アルミニウム粉末を
得ることが出来る。従来の窒化アルミニウム粉末が、ウ
ランおよびトリウムをそれぞれ数百ppb 、数十ppb 含有
することと比較すると、これらの濃度は十分の一以下と
なる。これはα線発生率も比例して減少し、画期的なこ
とであり、その工業的価値は非常に高い。 【００１９】また窒化アルミニウム粉末の平均粒子径は
後述のように２〜10μm とすることが望ましいが、本発
明の方法においては有機アルミニウムとアンモニアの気
相反応で得られた前駆体を1600〜1900℃で焼成すること
で、この範囲の粒子径が容易に得られる。この粒子径は
２μm 以下では安定性が悪くハンドリングの際に酸素濃
度が増大し、アンモニアの発生が起こりやすい。また10
μm 以上では焼結性が悪化して常圧焼結が難しくなる傾
向にある。 【００２０】本発明の原料として使用される有機アルミ
ニウムはAlR1R2R3(R1,R2,R3 はCH3,C2H5，n-C3H7，i-C3
H7などのC1〜C4のアルキル基のひとつ以上の組み合わ
せ) であり、これらは金属アルミニウムを原料物質とし
て用いる点ではアルミナと同様であるが、有機アルミニ
ウムは金属アルミニウムと水素、エチレン系炭化水素と
の反応によって合成される。 【００２１】代表的な有機アルミニウムとして、工業的
にも入手の容易なトリエチルアルミニウム、トリイソブ
チルアルミニウムがあげられるが、これらはそれぞれ常
温で液体であり、加熱に対してそれほど安定な化合物と
は言えないが、減圧蒸留により精製し高純度化すること
によって原料中に含有されるウラン、トリウム等を除去
することが出来る。 【００２２】ただし、有機アルミニウムは、非常に高活
性であり、空気中での取扱いが不可能であるため、これ
に含まれるウラン、トリウム含有量を予め測定すること
はできないが、市販有機アルミニウムを理論段２段以上
の精留塔において還流比１以上で蒸留精製することによ
り、合成した窒化アルミニウム中のトリウムを10ppb以
下とし、且つウランとトリウムの合計を50ppb 以下とす
ることが出来る。 【００２３】本発明は、上記の方法に基づいて精製した
有機アルミニウム化合物を用いて成されたものであっ
て、気化した精製有機アルミニウム化合物を、H2，N2，
He，Arなどのキャリアガスにて反応器内に導入し、これ
と同時に同じく反応器内にNH3を導入し、有機アルミニ
ウムとNH3 とを400 〜1200℃の温度で気相反応させるこ
とによってウラン、トリウムの含有量が非常に少ない高
純度の窒化アルミニウムを得ることが出来るものであ
る。 【００２４】なお、本発明における平均粒子径とはレー
ザー回折・散乱式の粒径分布測定装置による。ウラン、
及びトリウムの濃度分析は、ICP-MSによる分析値を用い
た。また、酸素濃度の分析にはセラミックス中酸素・窒
素分析装置( 堀場製作所製EMGA-2800)を用いた。 【００２５】 【実施例】以下に本発明を実施例によって具体的に例示
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。 【００２６】実施例１ トリエチルアルミニウムを合成後、理論段５段の精留塔
において、温度135 ℃、圧力14mmHg、還流比1.5 で精蒸
留を行った後原料とした。内径８cm、長さ２ mの外部加
熱炉により800 ℃に温度制御された空塔反応器にNH3 を
毎時660g(38.8モル) 、蒸留によって精製したトリエチ
ルアルミニウムを窒素ガスをキャリアーとして毎時240g
(2.11 モル) フィードし、反応させフューム状の反応生
成物をSUS316製の焼結金属フィルターにより補集したと
ころ約 84gの生成物を得た。 【００２７】しかるのち、前記反応器ベントガスの一部
を流通したロータリーキルンに該窒化アルミニウム前駆
体を連続的に定量供給し1200℃で脱炭処理を行った。こ
の結果得られた生成物をカーボン製坩堝にいれて、窒素
ガス雰囲気下で1750℃に昇温し、同温度で３時間保持し
た後室温まで降温した。得られた白色の粉体についてIC
P−MS分析およびレーザー回折・散乱式粒径分布測定を
行った。その結果を表２に示す。 【００２８】 【表２】 【００２９】比較例１ 内径８cm、長さ２m の外部加熱炉により、800 ℃に温度
制御された空塔反応器にNH3 を毎時660g(38.8 モル) 、
蒸留によって精製したトリエチルアルミニウムを窒素ガ
スをキャリアーとして毎時240g(2.11 モル) フィード
し、反応させフューム状の反応生成物をSUS316製の焼結
金属フィルターにより補集したところ約 84gの窒化アル
ミニウム前駆体を得た。 【００３０】しかるのち、前記反応器ベントガスの一部
を流通したロータリーキルンにこの窒化アルミニウム前
駆体を連続的に定量供給し1200℃で脱炭処理を行った。
この結果得られた生成物をカーボン製坩堝にいれて、窒
素ガス雰囲気下で1500℃に昇温し、同温度で３時間保持
した後、室温まで降温した。得られた白色の粉体につい
て ICP−MS分析およびレーザー回折・散乱式粒径分布測
定を行った。その結果を表３に示す。 【００３１】 【表３】 【００３２】比較例２ 内径８cm 、長さ２m の外部加熱炉により、800 ℃に温
度制御された空塔反応器にNH3 を毎時660g(38.8 モル)
、精製前のトリエチルアルミニウムを窒素ガスをキャ
リアーとして毎時240g(2.11 モル) フィードし、反応さ
せフューム状の反応生成物をSUS316製の焼結金属フィル
ターにより補集したところ約 84gの生成物を得た。 【００３３】しかる後、前記反応器ベントガスの一部を
流通したロータリーキルンにこの窒化アルミニウム前駆
体を連続的に定量供給しながら1200℃で脱炭処理を行な
った。得られた生成物をカーボン製坩堝にいれて、窒素
ガス雰囲気下で1750℃に昇温し、同温度で３時間保持し
た後室温まで降温した。得られた白色の粉体についてIC
P−MS分析およびレーザー回折・散乱式粒径分布測定を
行った。その結果を表４に示す。 【００３４】 【表４】 【００３５】実施例２ 実施例１で得られた窒化アルミニウム粉末に酸化イット
リウム 3重量％を添加し、エタノール中で均一に混合し
た。混合物を乾燥後、その約２g を内径１cmの金型を用
いて300Kg/cm2 で一軸成形し、さらに１t/cm2 の圧力で
ラバープレスして成形体とした。この成形体をカーボン
坩堝中で1800℃、３時間保持し、焼結体とした。この焼
結体の密度をアルキメデス法によって測定したところ、
3.26g/ccであった。また、この焼結体を厚さ３mmに研磨
した後レーザーフラッシュ法によって熱伝導率を測定し
たところ熱伝導率は210 W/m ・ K であった。 【００３６】実施例３ 実施例１及び比較例１で得られた粉末を用いて、乾燥剤
入りデシケーター中および空気中で室温に保存し、含有
酸素濃度の経時変化を調べたところ表５の様な結果が得
られた。 【００３７】 【表５】 【００３８】実施例４ 実施例３の空気中放置実験後の窒化アルミニウム粉末に
対して、実施例２と同様の処方により焼結を行い焼結体
密度および熱伝導率を測定したところ、表６の結果が得
られた。 【００３９】 【表６】 【００４０】比較例３ 比較例１と同様にしてNH3 と精製トリエチリアルミニウ
ムを反応させて窒化アルミニウム前駆体を得て、反応器
ベントガスの一部を流通したロータリーキルンにこの窒
化アルミニウム前駆体を連続的に定量供給し、1200℃で
脱炭処理を行った。得られた生成物をカーボン製坩堝に
いれて窒素ガス雰囲気下で1950℃に昇温し、同温度で３
時間保持した後、室温まで降温した。 【００４１】得られた白色粉体は部分的に塊状となって
おり、これを乳鉢で粉砕し粒径分布測定を行なったとこ
ろ平均粒径は34μm であった。これをさらにSEM 観察し
たところ強く凝集しており一部焼結している様子がみら
れたが、これらの一部粗大化した粒子は気流粉砕機によ
る粉砕によっても微粉化することは出来なかった。 【００４２】 【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム粉末は、ウラ
ン及びトリウムの含有量が少なく、これにより製造され
る半導体基板を低放射性とすることができ、また平均粒
径が適切で酸素濃度が低く熱伝導率も高く、焼結成形性
が良く半導体の高集積化に適したものが得られ、工業的
に利するところ極めて大である。
製造方法に関する。詳しくは、半導体周辺材料として好
適に用いられる低放射性窒化アルミニウム焼結体原料と
しての高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法に関す
る。 【０００２】 【従来技術】窒化アルミニウム焼結体は高熱伝導率、良
好な耐食性、高い高温強度等の特徴を有するため各種焼
結材料として注目されている。なかでも近年、高熱伝導
率、高抵抗及びバランスのとれた電気的性質から半導体
基板材料としての用途が急拡大している。最近の半導体
の高集積化の進歩は著しく、基板に求められる要求もき
びしいものがある。従来の窒化アルミニウム粉末は、窯
業協会誌 93[9]517(1985) 等に示されているようにかな
り高純度なものが得られている。 【０００３】従来、窒化アルミニウム粉末の合成方法と
しては次の２つの方法が工業化されていた。ひとつは金
属アルミニウム粉末を窒素またはアンモニアガスで窒化
する直接窒化法であり、もうひとつはアルミナ( 酸化ア
ルミニウム) とカーボンの粉末混合物を還元雰囲気下で
焼成するアルミナ還元法である。また最近、有機アルミ
ニウムとアンモニアの気相反応による窒化アルミニウム
の製造も提案されている。これらの方法では原料として
使用する金属アルミニウムあるいはアルミナは、原料物
質であるアルミナ水和物即ちボーキサイトをアルカリに
溶解し、加水分解してAl(OH)3 とし、これを1000℃以上
に強熱してアルミナとしている。さらに、これを氷晶石
とともに溶融電解して得られるのが金属アルミニウムで
ある。 【０００４】さて、ボーキサイト中にはウラン、トリウ
ムを含有することが知られている。しかし、ウラン、ト
リウムはそれらの化学的性質から、上記のプロセスによ
ってはアルミニウムからの除去が困難であり、これらか
ら製造されたアルミニウムおよびアルミナは必然的にウ
ラン、トリウムを含有する。 【０００５】従来存在した窒化アルミニウム粉末は、こ
れらを原料とするため必然的にウラン、トリウムを含有
するものであった。また有機アルミニウムも同様にウラ
ン、トリウムを含有する。〔表１〕に代表的な市販の金
属アルミニウム粒、窒化アルミニウム粉末のウラン、ト
リウム含有濃度を示す。 【０００６】 【表１】 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】しかし、最近ではさら
に半導体の高集積化が進み熱伝導率のみならずその材質
が発生する放射線、換言するとその含有するウラン、ト
リウム等の放射性元素の濃度が問題点として顕在化して
きた。これは放射性元素の出すα線によりソフトエラー
といわれる誤動作を起こす確率が集積度が高くなればな
るほど大きくなるからである。 【０００８】例えば、半導体の中でも集積度の著しいメ
モリー素子の一種であるDRAMは蓄積コンデンサに少数の
キャリア電荷があるかないかという形でデータを蓄積し
ているが、パッケージ材料中に微量存在するウラン、ト
リウム等の放射性元素が崩壊する際に放出するα線( α
粒子１個あたり約 5MeV)は、半導体素子のSi中に電子−
正孔対を発生( 約1.4 ×106 個／α粒子1 個) するた
め、この電荷が臨界電荷以上になるとデータの反転を引
き起こす。 【０００９】現在、このソフトエラーの許容限界は、お
およそ1000FIT(1FIT=109時間に１回の故障が起こる確
率) といわれており、64KBitDRAM級の集積度ではこの条
件を満たすためにはウラン、トリウムの含有量を 50ppb
以下とする必要があるといわれている( 平井、ぶんせ
き,9,639(1988)) 。 【００１０】従来、高純度の窒化アルミニウム粉末と称
されるものは市販されていたが、その高純度の意味はF
e，Si，Ca等の陽イオン不純物、あるいは酸素含有量が
少ないという意味であり、放射性元素の含有量は高く、
集積度の高い半導体基板用途には使用できないものであ
った。 【００１１】また純粋な窒化アルミニウムの熱伝導率は
約320W/m・ K といわれているが、現実の窒化アルミニウ
ムの単結晶やセラミックスではそれだけの熱伝導率は得
られていない。この最大の原因は酸素である。酸素は窒
化アルミニウム中の窒素と置換して固溶し( 固溶限界は
約 0.5％) 、このために、格子中のAlの位置に、空孔が
生じて格子点の原子質量が27から 0に変化する。窒化ア
ルミニウムでは、フォノン伝導による熱伝導が支配的で
あるため、これが原因となって熱伝導率が大きく低下す
るといわれている。 【００１２】さらに、固溶限界を越えて酸素が存在する
場合や酸化珪素が共存する場合には、アルミニウムの酸
窒化物が形成されて、熱伝導率がさらに低下することが
知られている。Slack らによれば、窒化アルミニウム焼
結体の熱抵抗Ｋ-1と酸素含有量との間には次の〔数１〕
で示す関係が成り立ち、酸素含有量を０に外挿すると窒
化アルミニウムの熱伝導率は319W/m ・ Kになると示され
ている。 【００１３】 【数１】K-1＝ K-1 theor ＋C ・Δn/n0 （ただし、C=0.43で実験値であり、Δn/n0は酸素の原子
密度(atom ／cm3)をあらわす) 。 【００１４】酸素不純物含有の問題は製造法の問題だけ
でなく、窒化アルミニウムを焼結体等の製品とする際に
おけるハンドリング時の酸化によるものも無視すること
ができない。窒化アルミニウムは次の反応式〔化１〕に
示す反応により水と容易に反応する性質を有しており、
粒子径が過度に小さいとハンドリング時に空気中の水分
によって酸化を受け易く、純度が低下するのである。ま
た同時にアンモニアも生成するため、作業環境、安全の
面でもより安定性の高い窒化アルミニウムが望まれてい
た。 【００１５】 【化１】AlN + 3H2O→ Al(OH)3 + NH3 【００１６】 【課題を解決するための手段】本発明者等は上記問題点
を解決するため、高純度の窒化アルミニウム粉末を安価
に製造する方法について鋭意研究を行ってきた。その結
果、従来は不可能とされていたウラントリウムの含有濃
度を低く抑えた窒化アルミニウム粉末の製法を開発する
ことが出来、本発明を完成するに至った。 【００１７】すなわち本発明の高純度窒化アルミニウム
粉末の製造方法は、有機アルミニウム化合物とアンモニ
アとを気相反応させることにより窒化アルミニウムを製
造する方法において、先ず有機アルミニウムを蒸留精製
し、これをアンモニアと400〜1200℃の温度で反応せし
め、得られた中間体を1600〜1900℃の温度で焼成する事
を特徴とするものである。 【００１８】本発明の方法によればトリウムの含有量は
10ppb 以下となり、且つ、ウランとトリウムの含有量の
合計が50ppb 以下である高純度窒化アルミニウム粉末を
得ることが出来る。従来の窒化アルミニウム粉末が、ウ
ランおよびトリウムをそれぞれ数百ppb 、数十ppb 含有
することと比較すると、これらの濃度は十分の一以下と
なる。これはα線発生率も比例して減少し、画期的なこ
とであり、その工業的価値は非常に高い。 【００１９】また窒化アルミニウム粉末の平均粒子径は
後述のように２〜10μm とすることが望ましいが、本発
明の方法においては有機アルミニウムとアンモニアの気
相反応で得られた前駆体を1600〜1900℃で焼成すること
で、この範囲の粒子径が容易に得られる。この粒子径は
２μm 以下では安定性が悪くハンドリングの際に酸素濃
度が増大し、アンモニアの発生が起こりやすい。また10
μm 以上では焼結性が悪化して常圧焼結が難しくなる傾
向にある。 【００２０】本発明の原料として使用される有機アルミ
ニウムはAlR1R2R3(R1,R2,R3 はCH3,C2H5，n-C3H7，i-C3
H7などのC1〜C4のアルキル基のひとつ以上の組み合わ
せ) であり、これらは金属アルミニウムを原料物質とし
て用いる点ではアルミナと同様であるが、有機アルミニ
ウムは金属アルミニウムと水素、エチレン系炭化水素と
の反応によって合成される。 【００２１】代表的な有機アルミニウムとして、工業的
にも入手の容易なトリエチルアルミニウム、トリイソブ
チルアルミニウムがあげられるが、これらはそれぞれ常
温で液体であり、加熱に対してそれほど安定な化合物と
は言えないが、減圧蒸留により精製し高純度化すること
によって原料中に含有されるウラン、トリウム等を除去
することが出来る。 【００２２】ただし、有機アルミニウムは、非常に高活
性であり、空気中での取扱いが不可能であるため、これ
に含まれるウラン、トリウム含有量を予め測定すること
はできないが、市販有機アルミニウムを理論段２段以上
の精留塔において還流比１以上で蒸留精製することによ
り、合成した窒化アルミニウム中のトリウムを10ppb以
下とし、且つウランとトリウムの合計を50ppb 以下とす
ることが出来る。 【００２３】本発明は、上記の方法に基づいて精製した
有機アルミニウム化合物を用いて成されたものであっ
て、気化した精製有機アルミニウム化合物を、H2，N2，
He，Arなどのキャリアガスにて反応器内に導入し、これ
と同時に同じく反応器内にNH3を導入し、有機アルミニ
ウムとNH3 とを400 〜1200℃の温度で気相反応させるこ
とによってウラン、トリウムの含有量が非常に少ない高
純度の窒化アルミニウムを得ることが出来るものであ
る。 【００２４】なお、本発明における平均粒子径とはレー
ザー回折・散乱式の粒径分布測定装置による。ウラン、
及びトリウムの濃度分析は、ICP-MSによる分析値を用い
た。また、酸素濃度の分析にはセラミックス中酸素・窒
素分析装置( 堀場製作所製EMGA-2800)を用いた。 【００２５】 【実施例】以下に本発明を実施例によって具体的に例示
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。 【００２６】実施例１ トリエチルアルミニウムを合成後、理論段５段の精留塔
において、温度135 ℃、圧力14mmHg、還流比1.5 で精蒸
留を行った後原料とした。内径８cm、長さ２ mの外部加
熱炉により800 ℃に温度制御された空塔反応器にNH3 を
毎時660g(38.8モル) 、蒸留によって精製したトリエチ
ルアルミニウムを窒素ガスをキャリアーとして毎時240g
(2.11 モル) フィードし、反応させフューム状の反応生
成物をSUS316製の焼結金属フィルターにより補集したと
ころ約 84gの生成物を得た。 【００２７】しかるのち、前記反応器ベントガスの一部
を流通したロータリーキルンに該窒化アルミニウム前駆
体を連続的に定量供給し1200℃で脱炭処理を行った。こ
の結果得られた生成物をカーボン製坩堝にいれて、窒素
ガス雰囲気下で1750℃に昇温し、同温度で３時間保持し
た後室温まで降温した。得られた白色の粉体についてIC
P−MS分析およびレーザー回折・散乱式粒径分布測定を
行った。その結果を表２に示す。 【００２８】 【表２】 【００２９】比較例１ 内径８cm、長さ２m の外部加熱炉により、800 ℃に温度
制御された空塔反応器にNH3 を毎時660g(38.8 モル) 、
蒸留によって精製したトリエチルアルミニウムを窒素ガ
スをキャリアーとして毎時240g(2.11 モル) フィード
し、反応させフューム状の反応生成物をSUS316製の焼結
金属フィルターにより補集したところ約 84gの窒化アル
ミニウム前駆体を得た。 【００３０】しかるのち、前記反応器ベントガスの一部
を流通したロータリーキルンにこの窒化アルミニウム前
駆体を連続的に定量供給し1200℃で脱炭処理を行った。
この結果得られた生成物をカーボン製坩堝にいれて、窒
素ガス雰囲気下で1500℃に昇温し、同温度で３時間保持
した後、室温まで降温した。得られた白色の粉体につい
て ICP−MS分析およびレーザー回折・散乱式粒径分布測
定を行った。その結果を表３に示す。 【００３１】 【表３】 【００３２】比較例２ 内径８cm 、長さ２m の外部加熱炉により、800 ℃に温
度制御された空塔反応器にNH3 を毎時660g(38.8 モル)
、精製前のトリエチルアルミニウムを窒素ガスをキャ
リアーとして毎時240g(2.11 モル) フィードし、反応さ
せフューム状の反応生成物をSUS316製の焼結金属フィル
ターにより補集したところ約 84gの生成物を得た。 【００３３】しかる後、前記反応器ベントガスの一部を
流通したロータリーキルンにこの窒化アルミニウム前駆
体を連続的に定量供給しながら1200℃で脱炭処理を行な
った。得られた生成物をカーボン製坩堝にいれて、窒素
ガス雰囲気下で1750℃に昇温し、同温度で３時間保持し
た後室温まで降温した。得られた白色の粉体についてIC
P−MS分析およびレーザー回折・散乱式粒径分布測定を
行った。その結果を表４に示す。 【００３４】 【表４】 【００３５】実施例２ 実施例１で得られた窒化アルミニウム粉末に酸化イット
リウム 3重量％を添加し、エタノール中で均一に混合し
た。混合物を乾燥後、その約２g を内径１cmの金型を用
いて300Kg/cm2 で一軸成形し、さらに１t/cm2 の圧力で
ラバープレスして成形体とした。この成形体をカーボン
坩堝中で1800℃、３時間保持し、焼結体とした。この焼
結体の密度をアルキメデス法によって測定したところ、
3.26g/ccであった。また、この焼結体を厚さ３mmに研磨
した後レーザーフラッシュ法によって熱伝導率を測定し
たところ熱伝導率は210 W/m ・ K であった。 【００３６】実施例３ 実施例１及び比較例１で得られた粉末を用いて、乾燥剤
入りデシケーター中および空気中で室温に保存し、含有
酸素濃度の経時変化を調べたところ表５の様な結果が得
られた。 【００３７】 【表５】 【００３８】実施例４ 実施例３の空気中放置実験後の窒化アルミニウム粉末に
対して、実施例２と同様の処方により焼結を行い焼結体
密度および熱伝導率を測定したところ、表６の結果が得
られた。 【００３９】 【表６】 【００４０】比較例３ 比較例１と同様にしてNH3 と精製トリエチリアルミニウ
ムを反応させて窒化アルミニウム前駆体を得て、反応器
ベントガスの一部を流通したロータリーキルンにこの窒
化アルミニウム前駆体を連続的に定量供給し、1200℃で
脱炭処理を行った。得られた生成物をカーボン製坩堝に
いれて窒素ガス雰囲気下で1950℃に昇温し、同温度で３
時間保持した後、室温まで降温した。 【００４１】得られた白色粉体は部分的に塊状となって
おり、これを乳鉢で粉砕し粒径分布測定を行なったとこ
ろ平均粒径は34μm であった。これをさらにSEM 観察し
たところ強く凝集しており一部焼結している様子がみら
れたが、これらの一部粗大化した粒子は気流粉砕機によ
る粉砕によっても微粉化することは出来なかった。 【００４２】 【発明の効果】本発明の窒化アルミニウム粉末は、ウラ
ン及びトリウムの含有量が少なく、これにより製造され
る半導体基板を低放射性とすることができ、また平均粒
径が適切で酸素濃度が低く熱伝導率も高く、焼結成形性
が良く半導体の高集積化に適したものが得られ、工業的
に利するところ極めて大である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭53−68700（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−199009（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−199112（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 21/072
C04B 35/626
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】有機アルミニウム化合物とアンモニアとを
気相反応させることにより窒化アルミニウムを製造する
方法において、先ず有機アルミニウムを理論段数2段以
上かつ還流比１以上の条件にて蒸留精製し、これをアン
モニアと400 〜1200℃の温度で反応せしめ、得られた前
駆体を1600〜1900℃の温度で焼成する事を特徴とする、
高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08357893A JP3385059B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | 高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP08357893A JP3385059B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | 高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07187620A JPH07187620A (ja) | 1995-07-25 |
| JP3385059B2 true JP3385059B2 (ja) | 2003-03-10 |
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ID=13806386
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| JP08357893A Expired - Fee Related JP3385059B2 (ja) | 1993-04-09 | 1993-04-09 | 高純度窒化アルミニウム粉末の製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3385059B2 (ja) |
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| US8211356B1 (en) * | 2000-07-18 | 2012-07-03 | Surmet Corporation | Method of making aluminum oxynitride |
| WO2002009171A1 (fr) | 2000-07-25 | 2002-01-31 | Ibiden Co., Ltd. | Substrat ceramique pour appareil de fabrication/inspection de semi-conducteurs, element chauffant en ceramique, dispositif de retenue electrostatique sans attache et substrat pour testeur de tranches |
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1993
- 1993-04-09 JP JP08357893A patent/JP3385059B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH07187620A (ja) | 1995-07-25 |
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