JP3509137B2 - 窒化アルミニウム粉末及びその製造方法、並びにその粉末から製造した窒化アルミニウム焼結体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体素子搭載用の放
熱基板等として有用な高熱伝導性の窒化アルミニウム焼
結体、及びその製造に原料粉末として用いる窒化アルミ
ニウム粉末、並びにその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は電気絶縁
性で熱伝導率が極めて大きいという特徴を持つため、窒
化アルミニウム焼結体がアルミナ焼結体に代わって半導
体素子搭載用の放熱基板として利用されている。最近で
は、半導体素子の大容量化に伴って更に熱伝導率の良
い、放熱性に優れた窒化アルミニウム焼結体の提供が望
まれている。

【０００３】一方、窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率
は、酸素の固溶によって大きく低下することが知られて
いる。その理由の一つとして、酸素が窒化アルミニウム
の結晶粒内に拡散侵入すると窒素と置換され、その結果
アルミニウム原子が結晶格子から離脱して空孔が形成さ
れるが、このＡｌ空孔によって熱伝導に寄与するフォノ
ンの伝播が阻害されることが考えられる。

【０００４】固溶酸素が窒化アルミニウム焼結体の熱伝
導率に影響を与えることを述べた文献として、Ｇ.Ａ.Ｓ
ｌａｃｋ、Ｊ. Ｐｈｙｓ. Ｃｈｅｍ. Ｓｏｌｉｄｓ, ｖ
ｏｌ３４, ｐｐ３２１〜３３５（１９７３）には、酸素
等の原子が固溶することによって空孔が生成すると、そ
の重量変化及び格子歪によりフォノンの散乱断面積が増
加することが実験的に示されている。又、Ｇ.Ａ. Ｓｌ
ａｃｋ＆Ｒ.Ａ. Ｔａｎｚｉｌｌｉ、Ｊ. Ｐｈｙｓ. Ｃ
ｈｅｍ. Ｓｏｌｉｄｓ, ｖｏ４８, Ｎｏ.７, ｐｐ６４
１〜６４７（１９８７）には、固溶した酸素等の原子の
量と熱伝導率との関係を実験的に求めた関係式が示され
ている。

【０００５】ところで、工業的に窒化アルミニウム焼結
体の製造に原料粉末として使用されている窒化アルミニ
ウム粉末は、大気中では不安定な物質であるため、合成
後に粉末粒子が大気中の水分や酸素と反応して酸化さ
れ、表面にＡｌ(ＯＨ)₃等の酸化層が形成されている。
又、還元窒化法により製造された窒化アルミニウム粉末
の場合には、製造時の過剰炭素を除去するため酸素ガス
を含む雰囲気中で脱炭素処理を行うので、表面にはＡｌ
₂Ｏ₃を主とする酸化層が形成され、その酸化層にはＡｌ
ＮとＡｌ₂Ｏ₃との熱膨張率の差により多数の亀裂が存在
している。

【０００６】従って、従来の窒化アルミニウム粉末で
は、焼結に伴う加熱工程で、表面に存在する酸化層中の
酸素が粉末粒子内部の窒化アルミニウム結晶粒内に拡散
して侵入し、結晶粒内の酸素固溶量が増加することが避
けられない。その結果、得られる窒化アルミニウム焼結
体の熱伝導率が低下するほか、焼結体の色調に変化が生
じたり、表面の酸素量減少に伴う液相量の減少や不均一
な分布によって焼結性が低下する等の問題が起こってい
た。

【０００７】かかる酸素固溶による問題を解決するた
め、窒化アルミニウム粉末の表面に存在する酸化層を炭
素等で還元して除去したり、粉末表面を安定な酸化物層
で被覆することが行われている。例えば、特開平２−２
９６７０８号公報及び特開平３−５３１１号公報には、
酸化処理した窒化アルミニウム粉末をジアミン又はジア
ミン誘導体の溶液に分散させ、粉末粒子の表面で重合反
応させることにより、表面をポリアミド樹脂被膜で覆う
技術が開示されている。

【０００８】又、特開平２−１２０２１４号公報には、
窒化アルミニウム粉末を炭素と混合して窒素雰囲気中で
反応させ、その後アルカリ土類金属及び希土類金属の化
合物を添加して酸素雰囲気中で焼成することにより、酸
素含有量が少なく大気中で安定な酸化物被覆層を有する
窒化アルミニウム粉末が開示されている。更に、特開平
２−３４５６６号公報には、窒化アルミニウム粉末の表
面酸化膜の上に、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸
化物の被覆層を形成してそれ以上の酸化を防ぐと同時
に、この酸化物を焼結助剤として利用することが記載さ
れている。

【０００９】しかし、これら従来の窒化アルミニウム粉
末の場合には、表面層の厚さや分布が不均一となるの
で、この粉末を室温で大気中に放置すると表面層と内部
との熱膨張率の差に伴う熱応力によって表面層にマイク
ロクラック等が生じ、時間の経過と共に又は後の加熱時
に大気中の水分や酸素がマイクロクラックを通して粉末
内部に侵入し、酸素含有量が増加してしまう。このた
め、得られる窒化アルミニウム焼結体の結晶粒内の酸素
固溶量が増加して、２００Ｗ／ｍＫ以上の熱伝導率を持
つ窒化アルミニウム焼結体を安定して製造することは困
難であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる従来
の事情に鑑み、加熱時等に表面被覆層から結晶粒内へ拡
散固溶する酸素量を低減させ、又表面被覆層と内部との
熱膨張率の差によるマイクロクラックの発生をなくして
酸素量の増加を抑え、更には液相生成時に表面被覆層の
酸素が効率的に利用されて焼結性の向上に寄与すること
のできる表面被覆層を備えた窒化アルミニウム粉末、及
びその製造方法、並びにこの窒化アルミニウム粉末を原
料として製造される高熱伝導率の窒化アルミニウム焼結
体を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明が提供する窒化アルミニウム粉末は、窒化ア
ルミニウム粉末粒子の表面に層厚が０.１〜３０ｎｍの
酸窒化物層を有することを特徴とするものである。又、
上記酸窒化物層のＯ／Ｎモル比は２〜８の範囲にあるこ
とが好ましい。

【００１２】上記酸窒化物層は、アルミニウムの酸窒化
物のみからなっていても、アルミニウムの酸窒化物の外
に他の酸窒化物を含んでいても良い。その場合の他の酸
窒化物としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアルカリ金属、Ｍ
ｇ、Ｃａ、Ｂａ等のアルカリ土類金属、及びＳｃ、Ｙ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｙｂ等の遷移金属
からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素の酸
窒化物を含むことができる。

【００１３】酸窒化物層がアルミニウムの酸窒化物のみ
からなる場合、窒化アルミニウム粉末の製造には合成直
後の大気に触れていない窒化アルミニウム粉末を使用
し、その粉末をガス温度５００℃以上の二酸化炭素ガス
か、又はメタン等の気相で供給される炭素源と二酸化炭
素ガスとの混合ガスに接触させることにより、表面に酸
窒化物層を形成する。特に炭素源が同時に存在する場合
には、二酸化炭素による酸化と同時に還元反応が生じる
ため、酸窒化物層の形成が容易である。

【００１４】又、表面に酸化物等の酸化層が既に存在す
る市販の窒化アルミニウム粉末を使用しても、アルミニ
ウムの酸窒化物からなる酸窒化物層を粉末粒子の表面に
形成することができる。即ち、既に存在する酸化層を除
去した後、酸窒化物層を改めて形成する方法等があり、
例えば市販の窒化アルミニウム粉末を塩素ガス中で加熱
して酸化層をエッチング除去した後、加湿アンモニアガ
ス雰囲気中で加熱する方法がある。

【００１５】一方、酸窒化物層がアルミニウムの酸窒化
物以外の他の酸窒化物も含む窒化アルミニウム粉末の製
造は、表面に酸化層が存在する市販の窒化アルミニウム
粉末を、炭素やＣａ等の還元剤の存在下に窒素ガス又は
アンモニアガス中で加熱すれば良い。簡単で安価に実施
できる最も好ましい方法は、市販の表面に酸化層を有す
る窒化アルミニウム粉末に、アルカリ金属、アルカリ土
類金属及び遷移金属の酸化物、炭化物及びフッ化物から
なる群から選ばれた少なくとも１種の表面改質剤と炭素
源とを混合し、窒素ガス雰囲気中において１６００℃以
下の温度に加熱して固相反応させる方法である。この方
法により形成される酸窒化物層は、アルミニウムの酸窒
化物以外に上記金属の酸窒化物も含んでいる。

【００１６】かかる酸窒化物層を有する窒化アルミニウ
ム粉末を原料粉末として使用して製造された本発明の窒
化アルミニウム焼結体は、原料粉末表面に存在する酸窒
化物に由来する酸窒化物の微小結晶粒、即ちアルミニウ
ムの酸窒化物の微小結晶粒、及び好ましくは更にアルカ
リ金属、アルカリ土類金属又は遷移金属の酸窒化物から
なる微小結晶粒を窒化アルミニウムの結晶粒内に含み、
２００Ｗ／ｍＫ以上という高い熱伝導率を安定して達成
することができる。

【００１７】

【作用】本発明の窒化アルミニウム（ＡｌＮ）粉末は、
図１に模式的に示すように、各ＡｌＮ粉末粒子１の表面
に、アルミニウムの酸窒化物からなるか又はアルミニウ
ムの酸窒化物を主に含む酸窒化物層３を有し、この酸窒
化物層３はアモルファスで化学的に安定であって、酸素
の拡散係数が低く且つ酸化層の場合よりも酸素含有量が
低減しており、しかも粉末内部の結晶粒２内への酸素の
固溶量が著しく低減されている。

【００１８】図２に、表面に酸化層を有する従来のＡｌ
Ｎ粉末と、表面に酸窒化物層を有する本発明のＡｌＮ粉
末における、深さ方向の酸素濃度分布を示した。分析は
二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）を用い、各ＡｌＮ粉
末の成形体にＡｒイオンのビーム径を絞って照射し、粉
末粒子を球形と仮定して補正を行ったうえで、１粒子当
たりの酸素濃度分布として表した。図２の結果から判る
ように、酸窒化物層を有する本発明のＡｌＮ粉末は酸素
の固溶が著しく少ないことが判る。

【００１９】又、酸窒化物はＡｌＮとの熱膨張率の差が
小さいので、酸窒化物層３にマイクロクラックが生じる
ことがなく、従って大気中に保存しても粉末中の酸素含
有量が増加しない。しかも、焼結時の液相形成に必要な
酸素量は酸窒化物層３内に存在しているので、焼結時の
液相の生成が安定し、粒界での気孔の生成が抑制される
うえ、焼結体の色調の変化を防止することが可能であ
る。

【００２０】本発明のＡｌＮ粉末においては、酸窒化物
層の層厚を０.１〜３０ｎｍの範囲とする。層厚が０.１
μｍ未満では粉末粒子の表面に酸窒化物層の存在しない
領域が生じる可能性があるため、大気中において酸素や
水分と反応して酸化層を形成し、酸素の含有量が増大す
る。又、層厚が３０μｍを越えると、酸窒化物層が厚す
ぎるためにマイクロクラックが生じ易く、やはり大気中
で酸素含有量が増大する原因となるほか、マイクロクラ
ックのために粉末粒子の凝集が生じて均一な混合の妨げ
となる。

【００２１】酸窒化物層の酸素原子と窒素原子のモル
比、Ｏ／Ｎモル比は２〜８の範囲にあることが好まし
い。その理由は、Ｏ／Ｎモル比が２未満では粉末粒子の
表面に酸窒化物層の存在しない領域が生じる可能性があ
るうえ、酸素の含有量が少ないために焼結時の液相形成
に必要な酸素が不足するからであり、Ｏ／Ｎモル比が８
を越えると加熱時に酸素が結晶粒内に拡散固溶して、焼
結体の熱伝導率を低下させるからである。

【００２２】又、ＡｌＮ粉末の結晶粒内に固溶している
酸素量は、焼結体の高い熱伝導率を達成するために、
０.２重量％以下であることが好ましい。固溶酸素量を
０.２重量％以下に抑えることにより、酸素原子と窒素
原子の置換によって生成され熱伝導率に影響する結晶粒
内のアルミニウム空孔の量を１×１０¹⁸〜２×１０²⁰個
／ｃｍ³の範囲に抑えることができるので、高熱伝導率
を達成する上で特に望ましい。

【００２３】次に、前記した本発明のＡｌＮ粉末の最も
好ましい製造方法について更に詳しく説明する。ＡｌＮ
粉末に混合する表面改質剤は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ等のアル
カリ金属、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂａ等のアルカリ土類金属及び
Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｙｂ等
の遷移金属の酸化物、炭化物、及びフッ化物からなる群
から選ばれた少なくとも１種であり、その添加量は１種
につき１.５重量％以下及び合計で６.０重量％以下とす
る。

【００２４】又、炭素源としては炭素粉末が一般的であ
る。炭素源は、使用するＡｌＮ粉末の酸素含有量に基づ
いて、余剰の炭素源が残らないように、予めＯ／Ｎモル
比が２〜８の範囲となるように計算して添加することが
好ましい。ＡｌＮ粉末に表面改質剤と炭素源を混合する
方法として、粉末表面に転位を生じさせるようなアトラ
イターやボールミルを用いた混合は好ましくなく、各粉
末をアルコールに投入して超音波で撹拌する方法が好ま
しい。

【００２５】その後、混合した粉末を窒素ガス雰囲気中
において１６００℃以下の温度に加熱して固相反応させ
る。加熱温度が高いほど酸窒化物層中の酸素がＡｌＮ結
晶粒内に固溶する量が増加するので、例えば結晶粒内の
固溶酸素量を０.２重量％以下に制御するためには、使
用する表面改質剤にもよるが、加熱温度を１４００℃以
下とすることが好ましい。加熱処理を窒素ガスのプラズ
マ中において行えば、１０００℃以下の温度で固相反応
を生起させることができ、結晶粒内の固溶酸素量が更に
低減されるので特に好ましい。

【００２６】かくして得られた窒化アルミニウム粉末
は、前記のごとく表面に化学的に安定で酸素の初期含有
量が低く抑えられた酸窒化物層を有し、結晶粒内への酸
素の固溶量が著しく少ないので、この粉末を原料粉末と
して窒化アルミニウム焼結体を製造することにより、焼
結体内の固溶酸素量を低減させ又アルミニウム空孔を少
なくでき、熱伝導率の高い焼結体を得ることができる。
又、酸窒化物層に含まれる表面改質剤の金属元素は焼結
助剤として働き、焼結体の緻密化や高熱伝導化に寄与す
る。

【００２７】更に、粉末表面に存在する酸窒化物層は、
焼結によって窒化アルミニウムの結晶粒内に酸窒化物の
微小結晶粒として含有され、その際に結晶粒内に存在す
る酸素を取り込んで安定化するので、結晶粒内への酸素
の固溶を更に抑制することができる結果、２００Ｗ／ｍ
Ｋ以上の高い熱伝導率を安定して達成することができ
る。この微小結晶粒はアルミニウムの酸窒化物のほか、
表面改質剤を使用した場合にはその金属元素の酸窒化物
からなり、その大きさは焼結体の断面で観察したときの
最大寸法が５００ｎｍ以下である。

【００２８】特に、表面改質剤として酸化チタニウム又
は酸化バナジウム等のＴｉ又はＶの化合物を用いると、
上記酸窒化物層の効果に加えて、ＴｉやＶが窒化アルミ
ニウム焼結体の結晶の副格子中に１００ｐｐｍ以上固溶
することにより、２５０Ｗ／ｍＫを越える非常に高い熱
伝導率の焼結体を得ることができる。

【００２９】

【実施例】実施例１ 平均粒径１.４μｍ、ＢＥＴ値２.２９、酸素含有量０.
８５重量％のα型ＡｌＮ粉末に、０.２０重量％の炭素
粉末と、表面改質剤としてＹｂ₂Ｏ₃、Ｙ₂Ｏ₃、Ｃａ
Ｆ₂，ＴｉＯ₂、Ｙ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂の各粉末を各々１.５重
量％添加し、アルコール中で超音波撹拌により混合し
た。その後、アルコールを乾燥除去して得られた混合粉
末を、窒素ガス雰囲気中において１０００〜１６００℃
で１時間加熱処理した。

【００３０】得られた本発明のＡｌＮ粉末を代表して、
ＣａＦ₂を添加した粉末試料について赤外吸収スペクト
ル(ＦＴ−ＩＲ)により表面層を同定した結果を図３に示
した。比較例として、炭素粉末と表面改質剤を添加する
ことなく、上記と同じＡｌＮ粉末のみを上記と同じ条件
で加熱処理して得られたＡｌＮ粉末試料についても、同
様に表面層を同定した結果を図３に示した。

【００３１】図３から判るように、本発明によるＡｌＮ
粉末試料では、加熱処理温度が高くなるほどＦＴ−ＩＲ
のピークが低エネルギー側にシフトしている。これは、
表面がＡｌの酸化層からなる場合は赤外線吸収ピークが
ＡｌＯ₄結合による７１０〜７２０ｃｍ^-1にあるのに対
して、Ａｌの酸窒化物が形成された場合にはＡｌ−Ｏ−
Ｎ結合によって６８０〜７１０ｃｍ^-1にピークが移るた
めであり、本発明のＡｌＮ粉末では加熱処理により粉末
粒子表面に酸窒化物層が形成されていることを示してい
る。

【００３２】又、表面改質剤としてＹｂ₂Ｏ₃又はＹ₂Ｏ₃
を添加して得られた本発明のＡｌＮ粉末試料と、表面改
質剤等を添加していない比較例のＡｌＮ粉末試料につい
て、結晶粒内の酸素量を電子スピン共鳴法（ＥＳＲ）に
より測定し、結果を図４に示した。比較例のＡｌＮ粉末
試料の場合は加熱処理温度が高くなるに従って結晶粒内
酸素量が急激に増加するのに対し、本発明により表面改
質剤等を添加して加熱処理したＡｌＮ粉末試料は結晶粒
内酸素量が遥かに少なく、特に加熱温度が１４００℃以
下では酸素量が０.２重量％以下に抑えられていること
が判る。

【００３３】表面改質剤がＹｂ₂Ｏ₃又はＹ₂Ｏ₃で且つ加
熱処理温度１４００℃で得られた本発明の各ＡｌＮ粉末
試料について、酸窒化物層の層厚と電子分光化学分析
（ＥＳＣＡ）法によりＯ／Ｎモル比を測定したところ、
Ｙｂ₂Ｏ₃を添加した粉末では層厚が１５ｎｍ及びＯ／Ｎ
モル比が３.８、Ｙ₂Ｏ₃を添加した粉末では層厚が１０
ｎｍ及びＯ／Ｎモル比が５.２であった。他の本発明の
ＡｌＮ粉末試料においても、酸窒化物層の層厚は０.１
〜３０ｎｍの範囲内にあり、Ｏ／Ｎモル比は２〜８の範
囲内にあった。又、各Ａｌ粉末試料における結晶粒内の
Ａｌ空孔量は、Ｙｂ₂Ｏ₃を添加した粉末では７.９７×
１０¹⁹個／ｃｍ³、Ｙ₂Ｏ₃を添加した粉末では８.１８×
１０¹⁹個／ｃｍ³であった。

【００３４】実施例２ 作製直後のＡｌＮ粉末に、表面改質剤を用いずに、Ａｌ
の酸窒化物層を形成した。即ち、アルキルＡｌをＮＨ₃
中で加熱分解して作製したアモルファス状のＡｌＮ粉末
を、大気に触れることなく窒素ガス中で１６００℃に加
熱して平均粒径を０.３〜０.８μｍにまで粒成長させ
た。このＡｌＮ粉末を大気に触れることなく、混合比
０.５：０.５のＣＨ₄とＣＯ₂の混合ガス中で６００℃に
加熱した。

【００３５】得られたＡｌＮ粉末試料についてのＦＴ−
ＩＲによる赤外線吸収ピーク位置は７０１ｃｍ^-1にあ
り、表面に酸窒化物層が形成されていることを示してい
た。又、ＥＳＣＡにより測定した酸窒化物層のＯ／Ｎモ
ル比は３.８であり、ＥＳＲにより測定した結晶粒内の
酸素量は０.２重量％以下であることが確認された。更
に、結晶粒内のＡｌ空孔量は８.２０×１０¹⁹個／ｃｍ³
以下であった。

【００３６】実施例３ 上記実施例１と同じＡｌＮ粉末に、０.３６重量％の炭
素粉末と、表面改質剤として１.５重量％のＶ₂Ｏ₅粉末
を添加し、実施例１と同様に混合した後、０.１〜１０
Ｔｏｒｒの窒素ガス雰囲気中で加熱し、８００℃に達し
た時点で１３.５６ＭＨｚのＲＦプラズマを電圧４００
Ｗにて印加し、そのまま８００℃で１時間保持して加熱
処理を行った。

【００３７】得られたＡｌＮ粉末試料について、ＦＴ−
ＩＲによる赤外線吸収ピーク位置は６８７ｃｍ^-1にあ
り、表面に酸窒化物層が形成されていることを示してい
た。この酸窒化物層の層厚は８ｎｍであって、Ｏ／Ｎモ
ル比は２.１であり、加熱処理前に比べて酸素量が０.４
８重量％減少していた。又、結晶粒内の酸素量は０.０
９重量％で全く増加しておらず、Ａｌ空孔量は３.６８
×１０¹⁹個／ｃｍ³であった。

【００３８】実施例４ ＡｌＮ焼結体の製造において、前記実施例１で得られた
本発明（加熱処理温度１４００℃）の各ＡｌＮ粉末試
料、実施例２で粉末作製直後に酸窒化物層を形成した本
発明のＡｌＮ粉末試料、実施例３でプラズマにより加熱
処理して得た本発明のＡｌＮ粉末試料、及び実施例１で
表面改質剤等を添加することなく加熱処理した比較例の
ＡｌＮ粉末試料を、それぞれ原料粉末として使用した。

【００３９】即ち、表面改質剤としてＹ₂Ｏ₃粉末を使用
して得られたＡｌＮ粉末試料以外については更に焼結助
剤としてＹ₂Ｏ₃粉末を０.５重量％添加して混合したう
え、上記各ＡｌＮ粉末試料をそれぞれ成形した後、いず
れも窒素ガス雰囲気中にて１８５０℃で５時間焼結し
た。

【００４０】得られた各ＡｌＮ焼結体試料について、原
料粉末として用いた各ＡｌＮ粉末試料の製法、その製法
で使用した表面改質剤の種類又はその他の特長と共に、
それぞれ測定した熱伝導率を表１に示した。

【００４１】

【表１】試 料 粉末の製法 表面改質剤等 熱伝導率(W／mK) １ 実施例１ Ｙｂ₂Ｏ₃ ２３５ ２ 実施例１ Ｙ₂Ｏ₃ ２２５ ３ 実施例１ ＣａＦ₂ ２０６ ４ 実施例１ ＴｉＯ₂ ２５１ ５ 実施例１ Ｙ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂ ２６７ ６ 実施例２ 無添加（CO₂ガス等） ２３０ ７ 実施例３ Ｖ₂Ｏ₅（プラズマ） ２４０ 比較例 実施例１ 無添加 １８３

【００４２】上記表１の結果から、本発明による表面に
酸窒化物層を有するＡｌＮ粉末を用いて製造したＡｌＮ
焼結体は、比較例の表面に酸化層を有するＡｌＮ粉末を
用いて製造したＡｌＮ焼結体に比べて、優れた熱伝導率
を持つことが判る。特にＴｉやＶを含む表面改質剤を用
いて作製した粉末から製造したＡｌＮ焼結体は、２５０
Ｗ／ｍＫ以上の極めて高い熱伝導率を達成できることが
判る。

【００４３】又、表面改質剤としてＹ₂Ｏ₃＋ＴｉＯ₂を
添加した粉末試料を用いて製造した上記ＡｌＮ焼結体試
料５について、透過型電子顕微鏡写真によるＡｌＮ結晶
粒子の結晶構造を図５に示した。図５から判るように、
ＡｌＮ結晶粒内には酸窒化物の微小結晶粒が分散してお
り、その最大寸法は３８９ｎｍであった。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、粉末作製直後の酸化層
等を有しない窒化アルミニウム粉末、又は酸素量が多く
成形しにくい高ＢＥＴ値を持つ市販の酸化層を有する窒
化アルミニウム粉末から、化学的に安定で且つ液相形成
に必要な酸素量しか含まない酸窒化物層を表面に有する
窒化アルミニウム粉末を製造できる。

【００４５】この窒化アルミニウム粉末の酸窒化物層
は、加熱時等に結晶粒内へ拡散固溶する酸素量を低減さ
せ、内部との熱膨張率の差によるマイクロクラックの発
生をなくして酸素量の増加を抑え、更には液相生成時に
酸窒化物層中の酸素が効率的に利用されて焼結性の向上
に寄与するので、これを原料粉末とすることにより、熱
伝導率の高い窒化アルミニウム焼結体を製造することが
できる。

【００４６】即ち、本発明による窒化アルミニウム焼結
体は、原料粉末である窒化アルミニウム粉末の表面の酸
窒化物層に由来する酸窒化物の微小結晶粒を窒化アルミ
ニウムの結晶粒内に含んでいて、２００Ｗ／ｍＫ以上の
高い熱伝導率を有し、半導体素子の大容量化に伴って要
望されている高熱伝導率の半導体搭載用放熱基板等とし
て特に有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の表面に酸窒化物層を有する窒化アルミ
ニウム粉末粒子を模式的に示した断面図である。

【図２】本発明の表面に酸窒化物層を有する窒化アルミ
ニウム粉末と、従来の表面に酸化層を有する窒化アルミ
ニウム粉末との、深さ方向における酸素濃度分布をＳＩ
ＭＳにより求めたグラフである。

【図３】本発明方法により表面改質剤を添加して加熱処
理で得られた窒化アルミニウ粉末と、表面改質剤を添加
せずに加熱処理した窒化アルミニウム粉末について、加
熱処理温度ごとに赤外線吸収ピーク位置を比較したグラ
フである。

【図４】本発明方法により表面改質剤を添加して加熱処
理で得られた窒化アルミニウ粉末と、表面改質剤を添加
せずに加熱処理した窒化アルミニウム粉末について、加
熱処理温度ごとに結晶粒内の酸素量を比較したグラフで
ある。

【図５】本発明の窒化アルミニウム焼結体における結晶
構造を示す透過型電子顕微鏡写真（１８０００倍）であ
る。

【符号の説明】

１ ＡｌＮ粉末粒子 ２ 結晶粒 ３ 酸窒化物層

フロントページの続き (72)発明者 山川 晃 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号 住 友電気工業株式会社 伊丹製作所内 (56)参考文献 特開 平４−310571（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C01B 21/072 B01J 2/00 C04B 35/626

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 窒化アルミニウム粉末粒子の表面に、層
   厚が０.１〜３０ｎｍの酸窒化物層を有することを特徴
   とする窒化アルミニウム粉末。
2. 【請求項２】 酸窒化物層のＯ／Ｎモル比が２〜８の範
   囲にあることを特徴とする、請求項１に記載の窒化アル
   ミニウム粉末。
3. 【請求項３】 酸窒化物層が、アルミニウムの酸窒化物
   のほかに、アルカリ金属、アルカリ土類金属及び遷移金
   属からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属の酸窒
   化物を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の
   窒化アルミニウム粉末。
4. 【請求項４】 窒化アルミニウム粉末の結晶粒内に固溶
   している酸素量が、０.２重量％以下であることを特徴
   とする、請求項１〜３のいずれかに記載の酸窒化物含有
   表面層を有する窒化アルミニウム粉末。
5. 【請求項５】 窒化アルミニウム粉末の結晶粒内に存在
   するアルミニウム空孔の量が１×１０¹⁸〜２×１０²⁰個
   ／ｃｍ³であることを特徴とする、請求項１〜４のいず
   れかに記載の窒化アルミニウム粉末。
6. 【請求項６】 窒化アルミニウム粉末に、アルカリ金
   属、アルカリ土類金属及び遷移金属の酸化物、炭化物及
   びフッ化物からなる群から選ばれた少なくとも１種の表
   面改質剤と炭素源とを混合し、窒素ガス雰囲気中におい
   て１６００℃以下の温度に加熱して固相反応させること
   により、窒化アルミニウム粉末の表面に層厚が０.１〜
   ３０ｎｍの酸窒化物層を形成することを特徴とする窒化
   アルミニウム粉末の製造方法。
7. 【請求項７】 窒化アルミニウム粉末の酸素含有量に基
   づいて、形成される酸窒化物層のＯ／Ｎモル比が２〜８
   の範囲となる量の炭素源を窒化アルミニウム粉末に添加
   することを特徴とする、請求項６に記載の窒化アルミニ
   ウム粉末の製造方法。
8. 【請求項８】 窒素ガスのプラズマ中において１０００
   ℃以下の温度に加熱して固相反応させることを特徴とす
   る、請求項６に記載の窒化アルミニウム粉末の製造方
   法。
9. 【請求項９】 窒化アルミニウム粉末粒子の表面に層厚
   が０ . １〜３０ｎｍの酸窒化物層を有し、該酸窒化物層
   のＯ／Ｎモル比が２〜８の範囲にある窒化アルミニウム
   粉末を用いて製造された窒化アルミニウム焼結体であっ
   て、窒化アルミニウムの結晶粒内に酸窒化物の微小結晶
   粒を含有し、熱伝導率が２００Ｗ／ｍＫ以上であること
   を特徴とする窒化アルミニウム焼結体。
10. 【請求項１０】 酸窒化物の微小結晶粒の最大寸法が５
    ００ｎｍ以下であることを特徴とする、請求項９に記載
    の窒化アルミニウム焼結体。