JP7430184B2 - 窒化ケイ素基板 - Google Patents
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Description
本発明は、窒化ケイ素基板に関する。
パワーデバイス（例えば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）又はダイオード）を搭載させるための絶縁性のセラミック基板として、窒化ケイ素基板が用いられることがある。
特許文献１には、窒化ケイ素基板の製造方法の一例について記載されている。この方法では、窒化ケイ素粉末、焼結助剤粉末及び分散剤を含むスラリーに磁石を浸す。窒化ケイ素粉末は、１０ｐｐｍ以上１５００ｐｐｍ以下の鉄不純物を含んでいる。この方法によれば、窒化ケイ素粉末に含まれる鉄を磁石に付着させることができ、窒化ケイ素基板における鉄不純物の量を減少させることができる。次いで、スラリーからグリーンシートを形成する。次いで、グリーンシートを焼結させる。このようにして、窒化ケイ素基板が製造される。
窒化ケイ素基板の製造プロセスは、窒化ケイ素粉末を加熱する工程を含む。生産性の観点から、できる限り短い加熱時間で窒化ケイ素基板の密度が高くなることが望ましい。
本発明の目的の一例は、短時間の加熱によって窒化ケイ素基板の密度を高くすることにある。本発明の他の目的は、本明細書の記載から明らかになるであろう。
本発明の一態様は、
鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方を含む第１領域と、
前記第１領域の周囲のうちの少なくとも一部分に位置する第２領域と、
を含み、
前記鉄元素及び前記クロム元素の前記少なくとも一方は、前記第１領域において、前記第２領域においてよりも、高い濃度で存在し、
前記第１領域は、前記鉄元素及び前記クロム元素の前記少なくとも一方のＥＰＭＡ信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍以上となる部分を含む、窒化ケイ素基板である。
鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方を含む第１領域と、
前記第１領域の周囲のうちの少なくとも一部分に位置する第２領域と、
を含み、
前記鉄元素及び前記クロム元素の前記少なくとも一方は、前記第１領域において、前記第２領域においてよりも、高い濃度で存在し、
前記第１領域は、前記鉄元素及び前記クロム元素の前記少なくとも一方のＥＰＭＡ信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍以上となる部分を含む、窒化ケイ素基板である。
本発明の一態様によれば、短時間の加熱によって窒化ケイ素基板の密度を高くすることができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
図１は、実施形態に係る実施形態に係る窒化ケイ素基板１００の平面図である。図２は、図１のＡ方向から見た窒化ケイ素基板１００の側面図である。図３は、図１に示した領域αの拡大図である。
図３を用いて、窒化ケイ素基板１００の概要を説明する。窒化ケイ素基板１００は、第１領域１０２ａ及び第２領域１０２ｂを含んでいる。第１領域１０２ａは、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方を含んでいる。第２領域１０２ｂは、第１領域１０２ａの周囲のうちの少なくとも一部分に位置している。鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方は、第１領域１０２ａにおいて、第２領域１０２ｂにおいてよりも、高い濃度で存在している。第１領域１０２ａは、鉄元素及びクロム元素の上記少なくとも一方のＥＰＭＡ（電子プローブマイクロアナライザー）信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍以上となる部分を含んでいる。
本実施形態によれば、短時間の加熱によって窒化ケイ素基板１００の密度を高くすることができる。具体的には、本発明者は、鉄元素濃度及びクロム元素濃度の少なくとも一方の高い第１領域と、上記濃度が低い第２領域を形成させることで、窒化ケイ素基板１００の密度は、後述する初期温度から後述する焼成温度までの昇温速度が速くても、高くなり得ることを新規に見出した。
図１から図３を用いて、窒化ケイ素基板１００の詳細を説明する。
窒化ケイ素基板１００は、第１面１０２及び第２面１０４を有している。図１は、窒化ケイ素基板１００の第１面１０２を示している。第２面１０４は、第１面１０２の反対側にある。図１に示す例において、窒化ケイ素基板１００の第１面１０２は、実質的に矩形形状を有している。この矩形は、厳密な矩形でなくてもよく、例えば、切片が形成された辺を有していてもよいし、又は丸まった角を有していてもよい。窒化ケイ素基板１００の第１面１０２は、矩形とは異なる形状を有していてもよい。
図１に示す例において、窒化ケイ素基板１００の第１面１０２には、複数の第１領域１０２ａが存在する。
第１領域１０２ａに含まれる成分の詳細は、以下のとおりである。
第１領域１０２ａは、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方を含む。鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方は、例えば、窒化ケイ素基板１００を形成するための窒化ケイ素粉末内の不純物元素に由来し得る。
第１領域１０２ａは、イットリウム元素、マグネシウム元素、酸素元素及びシリコン元素のうちの少なくとも一つの元素をさらに含んでいてもよい。これらの元素は、例えば、窒化ケイ素基板１００を形成するための焼結助剤粉末内の元素に由来し得る。
第１領域１０２ａは、リン元素、バナジウム元素、ニッケル元素及び炭素元素のうちの少なくとも一つの元素をさらに含んでいてもよい。これらの元素は、例えば、窒化ケイ素基板１００を形成するための窒化ケイ素粉末内の不純物元素に由来し得る。
第１領域１０２ａ及び第２領域１０２ｂのそれぞれに含まれる成分の濃度の詳細は、以下のとおりである。
第１領域１０２ａは、周囲の第２領域１０２ｂよりも、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方の濃度が高い領域である。ここで、上記濃度が高いことは、ＥＰＭＡ信号強度を測定することで確認できる。
第１領域１０２ａのＥＰＭＡ信号強度と、第２領域１０２ｂのＥＰＭＡ信号強度との差は、特に限定されないが、第１領域１０２ａは、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方のＥＰＭＡ信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍以上（「ＥＰＭＡ信号強度比が０．００５倍以上」と記載する場合がある。）であり、第２領域１０２ｂは、鉄元素及びクロム元素の両方のＥＰＭＡ信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍未満である。
また、窒化ケイ素基板１００の密度を高める場合、第１領域１０２ａにおける、鉄元素のＥＰＭＡ信号強度の最大値をシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００８倍以上とすることが好ましい。この場合、シリコン元素のＥＰＭＡ信号強度は、ＥＰＭＡマッピングにおけるシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の最大値にすることができる。第１領域１０２ａにおける、クロム元素のＥＰＭＡ信号強度の最大値をシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００６倍以上とすることが好ましい。この場合、シリコン元素のＥＰＭＡ信号強度は、ＥＰＭＡマッピングにおけるシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の最大値にすることができる。
また、窒化ケイ素基板１００の密度を高める場合、第２領域１０２ｂにおいては、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方のＥＰＭＡ信号強度を、シリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００１倍超とすることが好ましい。
第１領域１０２ａが鉄元素及びクロム元素の両方を含み、鉄元素及びクロム元素のいずれもＥＰＭＡ信号強度比が０．００５倍以上の場合、本実施形態では、第１領域１０２ａの鉄元素及びクロム元素の両方の濃度が、第２領域１０２ｂの上記元素濃度よりも高くなる。いずれか一方の元素のＥＰＭＡ信号強度比が０．００５倍未満の場合、この元素の濃度は１領域１０２ａ及び第２領域１０２ｂのいずれかにおいて高くてもよい。
また、鉄元素及びクロム元素以外の元素について、第１領域１０２ａ及び第２領域１０２ｂのいずれが高濃度であってもよい。
また、第１領域１０２ａにおいて、鉄元素及びクロム元素の濃度が一定でもよいし、濃度ムラがあってもよい。例えば、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方のＥＰＭＡ信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍以上の領域において、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方のＥＰＭＡ信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００６倍以上の領域が、１０面積％以上、１５面積％以上又は２０面積％以上であってよい。
第１領域１０２ａの状態の詳細は、以下のとおりである。
本実施形態では、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方の濃度ムラを作ることで密度を高くすることができる。この濃度ムラにより、第１領域１０２ａと第２領域１０２ｂとは、色が異なり（例えば、色の濃さが異なり）、第１領域１０２ａと第２領域１０２ｂを、目視でも確認することができる。
第１領域１０２ａの形状は特に限定されないが、本実施形態により窒化ケイ素基板１００の密度を高める場合、第１領域１０２ａを、第１面１０２上に散在する点状の領域として形成することが好ましい。
第１領域１０２ａを、第１面１０２上に散在する点状の領域として形成する場合、第１領域１０２ａは、円形でも、円形以外（例えば、多角形、正多角形など）でもよい。また、多角形、正多角形、略円形等の形状の第１領域１０２ａ同士が接したり、一部重なったりして、連なる場合もある。また、この場合、一部に、点状の第１領域１０２ａが密集したクラスタ部を有してもよい。クラスタ部において第１領域１０２ａ間の最短距離は例えば４０μｍ以未満ある。
第１領域１０２ａを、第１面１０２上に散在する点状の領域として形成する場合、第１領域１０２ａ間の最短距離は、ほとんどが４００μｍ以上である。最短距離とは、ＥＰＭＡ信号強度比の最大値の位置間の距離とする。また、「ほとんど」とは個数割合で例えば９０％以上である。なお、点状の第１領域１０２ａが密集したクラスタ部の場合、上記最短距離は、クラスタ部内の複数の第１領域１０２ａで最もＥＰＭＡ信号強度比が高い位置と、最も近い第１領域１０２ａのＥＰＭＡ信号強度比が最も高い位置との間の距離とする。
なお、第１領域１０２ａを、第１面１０２上に散在する点状の領域として形成される場合は、第２領域１０２ｂが第１領域１０２ａを囲む場合の一例である。
第１領域１０２ａが点状の領域として形成される場合、顕微鏡等で第１領域１０２ａを拡大したときに、第１領域１０２ａは、さらに小さな点の集合体であってもよい。この集合体を構成する点同士は、接触していても、一部重なっていてもよい。
第１領域１０２ａを、第１面１０２上に散在する点状の領域として形成する場合、第１領域１０２ａの大きさは円相当直径の平均が、２０μｍ以上３５０μｍ以下が好ましい。なお、点状の領域として存在する第１領域１０２ａの大きさは、それぞれ異なっても同じでもよい。また、円相当直径は、ＥＰＭＡ測定にて得られるマッピング画像を第１領域１０２ａとそれ以外で２値化し、画像解析にて円面積相当径として得られる値とする。なお、測定箇所は窒化ケイ素基板１００の第１面１０２の外周部付近及び中心付近の２か所とし、測定面積は４００μｍ×４００μｍとし、２値化の閾値はシリコン元素の最大ＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍の値とし、この２か所の測定結果を平均する。
第１領域１０２ａを、第１面１０２上に散在する点状の領域として形成する場合、窒化ケイ素基板１００の第１面１０２における第１領域１０２ａ（点）の数密度は、例えば、０．００３ｃｍ－２以上０．３ｃｍ－２以下である。
第１領域１０２ａは、第１面１０２の表面にのみ存在してもよい。他の例として、第１領域１０２ａは、第１面１０２から第２面１０４の厚さ方向全体に亘って形成されていてもよい。
次に、窒化ケイ素基板１００の製造方法について説明する。
まず、窒化ケイ素粉末を準備する。窒化ケイ素粉末は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）を含んでいる。窒化ケイ素粉末は、鉄不純物及びクロム不純物の少なくとも一方をさらに含んでいる。鉄不純物及びクロム不純物の少なくとも一方の量は、比較的多量であり、窒化ケイ素粉末の全質量に対して、例えば、１０ｐｐｍ以上２５００ｐｐｍ以下である。
鉄不純物の量は、窒化ケイ素粉末の全質量に対して、例えば、１０ｐｐｍ以上２５００ｐｐｍ以下、好ましくは、１５０ｐｐｍ以上１２００ｐｐｍ以下にすることができる。鉄不純物の量が多すぎる場合、窒化ケイ素基板１００の表面には鉄に起因する傷が生じるおそれがある。したがって、鉄不純物の量の上限は、窒化ケイ素基板１００の表面の傷を抑える観点から決定することができる。
クロム不純物の量は、窒化ケイ素粉末の全質量に対して、例えば、１０ｐｐｍ以上２５００ｐｐｍ以下、好ましくは、５０ｐｐｍ以上４００ｐｐｍ以下にすることができる。
窒化ケイ素粉末が鉄不純物及びクロム不純物の双方を含む場合、鉄不純物の量及びクロム不純物の量の和は、例えば、２０ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ以下、好ましくは、２００ｐｐｍ以上１６００ｐｐｍ以下にすることができる。
窒化ケイ素粉末は、鉄不純物及びクロム不純物以外の不純物、例えば、リン不純物、バナジウム不純物、ニッケル不純物及び炭素不純物のうちの少なくとも一をさらに含んでいてもよい。
さらに、焼結助剤粉末を準備する。焼結助剤粉末は、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）のうちの少なくとも一を含んでいる。
次いで、窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末を混合する。窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末を混合する方法は、特定の方法に限定されない。例えば、窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末を、乾式方式によってそのまま混合してもよいし、又は窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末を、湿式方式によって溶媒内で混合してもよい。
窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体は、この混合体の全質量１００質量部に対して、例えば、２質量部以上１０質量部以下の焼結助剤粉末を含んでいる。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率は、窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体の全質量１００質量部に対して、例えば、９０質量部以上９８質量部以下にすることができる。酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率は、窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体の全質量１００質量部に対して、１質量部以上１０質量部未満にすることができる。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率は、窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体の全質量１００質量部に対して、０質量部超５質量部以下にすることができる。酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率は、窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体の全質量１００質量部に対して、０質量部以上３質量部以下にすることができる。
次いで、窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末の混合体を加熱する。加熱によって窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末を焼結させて、窒化ケイ素基板１００を形成することができる。
加熱の詳細は、次のようになる。まず、窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末の混合体を１２００℃（初期温度）に加熱する。次いで、加熱温度を初期温度（１２００℃）から焼成温度（１２００℃超の温度）まで、例えば、１．０℃／ｍｉｎ以上１０℃／ｍｉｎ、好ましくは、２．５℃／ｍｉｎ以上７．５℃／ｍｉｎの昇温速度で上昇させる。焼成温度は、例えば、１７５０℃以上１９００℃以下、好ましくは１８００℃以上１８５０℃以下にすることができる。加熱温度が焼成温度まで達した後、焼成温度における加熱を、例えば、２時間以上８時間以下行う。
本実施形態においては、上述したように、窒化ケイ素粉末は、比較的多量の鉄不純物及びクロム元素の少なくとも一方を含んでいる。したがって、鉄不純物及びクロム不純物の少なくとも一方によって混合体の熱伝導率を向上させることができる。このため、初期温度（１２００℃）から焼成温度（１２００℃超の温度）までの昇温速度が高くても、混合体（窒化ケイ素基板１００）の密度を高くすることができる。すなわち、短時間の加熱によって窒化ケイ素基板１００の密度を高くすることができる。
窒化ケイ素粉末が比較的多量の鉄不純物及びクロム不純物の少なくとも一方を含み、かつ初期温度（１２００℃）から焼成温度（１２００℃超の温度）までの昇温速度が高い場合、第１領域１０２ａ（すなわち、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方が高濃度に存在する領域）が形成され得る。第１領域１０２ａは、鉄不純物及びクロム元素が高い昇温速度によって局所的に集中するために形成されると推定される。
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
表１を参照しつつ、実施例１～９、比較例１～２及び参考例１について説明する。
（実施例１）
実施例１に係る窒化ケイ素基板１００は、以下のようにして製造した。
実施例１に係る窒化ケイ素基板１００は、以下のようにして製造した。
まず、窒化ケイ素粉末を準備した。窒化ケイ素粉末は、窒化ケイ素粉末の全質量に対して、１５０ｐｐｍの鉄不純物及び５０ｐｐｍのクロム不純物を含んでいた。
さらに、焼結助剤粉末を準備した。
次いで、窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末を乾式方式によって混合した。窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率は、窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体の全質量１００質量部に対して、９１質量部とした。酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率は、窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体の全質量１００質量部に対して、６質量部とした。酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率は、窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体の全質量１００質量部に対して、２質量部とした。酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率は、窒化ケイ素及粉末及び焼結助剤粉末の混合体の全質量１００質量部に対して、１質量部とした。
次いで、窒化ケイ素粉末及び焼結助剤粉末の混合体を加熱した。具体的には、まず、混合体を１２００℃に加熱した。次いで、加熱温度を１２００℃から１８３０℃（焼成温度）まで５℃／ｍｉｎの昇温速度で上昇させた。次いで、焼成温度における混合体の加熱を続けた。
上述したプロセス後、□７５ｍｍのサイズの窒化ケイ素基板１００を得た。
（実施例２～４）
実施例２～４のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
実施例２～４のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００は、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
（実施例５～８）
実施例５～８のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００は、鉄濃度、クロム濃度、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
実施例５～８のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００は、鉄濃度、クロム濃度、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
（実施例９）
実施例９に係る窒化ケイ素基板１００は、鉄濃度及びクロム濃度が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
実施例９に係る窒化ケイ素基板１００は、鉄濃度及びクロム濃度が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
（比較例１～２）
比較例１～２のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００は、鉄濃度、クロム濃度、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
比較例１～２のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００は、鉄濃度、クロム濃度、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
（参考例１）
参考例１に係る窒化ケイ素基板１００は、鉄濃度、クロム濃度、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率並びに１２００℃から焼成温度（１８３０℃）までの昇温速度が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
参考例１に係る窒化ケイ素基板１００は、鉄濃度、クロム濃度、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）の含有率、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）の含有率、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）の含有率及び酸化ケイ素（ＳｉＯ２）の含有率並びに１２００℃から焼成温度（１８３０℃）までの昇温速度が表１に示す値になる点を除いて、実施例１に係る窒化ケイ素基板１００と同様にして製造した。
実施例１～９、比較例１～２及び参考例１のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００の密度は、表１に示すようになった。
実施例１～９、比較例１～２及び参考例１のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００の第１面１０２における第１領域１０２ａの数密度は、表１に示すようになった。
実施例１～９、比較例１～２及び参考例１のそれぞれに係る窒化ケイ素基板１００の第１面１０２をＥＰＭＡによって分析し、各元素についてＥＰＭＡマッピングを得た。ＥＰＭＡマッピングの条件は、以下のとおりである。
装置：電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）
機種：日本電子社製 ＪＸＡ－８２３０
加速電圧：１５ｋＶ
ピクセルサイズ：１μｍ×１μｍ
マッピングサイズ：４００μｍ×４００μｍ
測定時間：３０ｍ秒／ピクセル
測定元素：Ｓｉ（シリコン）元素、Ｎ（窒素）元素、Ｏ（酸素）元素、Ｙ（イットリウム）元素、Ｍｇ（マグネシウム）元素、Ｆｅ（鉄）元素、Ｃｒ（クロム）元素、Ｐ（リン）元素、Ｖ（バナジウム）元素、Ｎｉ（ニッケル）元素、Ｃ（炭素）元素
装置：電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）
機種：日本電子社製 ＪＸＡ－８２３０
加速電圧：１５ｋＶ
ピクセルサイズ：１μｍ×１μｍ
マッピングサイズ：４００μｍ×４００μｍ
測定時間：３０ｍ秒／ピクセル
測定元素：Ｓｉ（シリコン）元素、Ｎ（窒素）元素、Ｏ（酸素）元素、Ｙ（イットリウム）元素、Ｍｇ（マグネシウム）元素、Ｆｅ（鉄）元素、Ｃｒ（クロム）元素、Ｐ（リン）元素、Ｖ（バナジウム）元素、Ｎｉ（ニッケル）元素、Ｃ（炭素）元素
実施例１～９のそれぞれに係るＥＰＭＡマッピングでは、Ｃｒ元素、Ｐ元素、Ｖ元素、Ｎｉ元素及びＣ元素が検出された。これに対して、比較例１～２及び参考例１のそれぞれに係るＥＰＭＡマッピングでは、Ｃｒ元素、Ｐ元素、Ｖ元素、Ｎｉ元素及びＣ元素はいずれも検出されなかった。ＥＰＭＡマッピングにおける各元素の検出の有無は、次のようにして決定した。まず、ＥＰＭＡマッピングにおいてＳｉ元素の最大強度信号を２０００として各元素の信号強度を規格化して、補正されたマッピングを得る。補正されたマッピングにおいて最大信号強度が１０以上である元素は検出されたものとし、補正されたマッピングにおいて最大信号強度が１０未満である元素は検出されなかったものとした。
実施例１～９のそれぞれに係るＥＰＭＡマッピングでは、高濃度のＦｅが局在的に存在する領域（第１領域１０２ａ）が観測された。第１領域１０２ａにおいて、鉄元素のＥＰＭＡ信号強度は、シリコン元素のＥＰＭＡ信号に対して、表１に示す比を有していた。実施例１～９のそれぞれについて、表１に示すＥＰＭＡ信号強度比は、実施形態において説明した方法を用いて算出した。
比較例１に係るＥＰＭＡマッピングでは、高濃度のＦｅが局在的に存在する領域（第１領域１０２ａに相当する領域）は観測されなかった。鉄元素のＥＰＭＡ信号強度は、シリコン元素のＥＰＭＡ信号に対して、表１に示す比を有していた。比較例１について、表１に示すＥＰＭＡ信号強度比は、実施形態において説明した方法を用いて算出した。
比較例２及び参考例１のそれぞれに係るＥＰＭＡマッピングでは、第１領域１０２ａに相当する領域は観測されなかった。
表１に示す結果より、窒化ケイ素粉末が比較的多量の鉄不純物及びクロム不純物の少なくとも一方を含む場合、初期温度（１２００℃）から焼成温度（１２００℃超の温度）までの昇温速度が高くても、混合体（窒化ケイ素基板１００）の密度が高くなるといえる。さらに、表１に示す結果より、窒化ケイ素粉末が比較的多量の鉄不純物及びクロム不純物の少なくとも一方を含み、かつ初期温度（１２００℃）から焼成温度（１２００℃超の温度）までの昇温速度が高い場合、第１領域１０２ａ（すなわち、鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方が高濃度に存在する領域）が形成されるといえる。
この出願は、２０１９年６月２７日に出願された日本出願特願２０１９－１１９５７０号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
１００ 窒化ケイ素基板
１０２ 第１面
１０２ａ 第１領域
１０２ｂ 第２領域
１０４ 第２面
１０２ 第１面
１０２ａ 第１領域
１０２ｂ 第２領域
１０４ 第２面
Claims (6)
- 鉄元素及びクロム元素の少なくとも一方を含む第１領域と、
前記第１領域の周囲のうちの少なくとも一部分に位置する第２領域と、
を含み、
前記鉄元素及び前記クロム元素の前記少なくとも一方は、前記第１領域において、前記第２領域においてよりも、高い濃度で存在し、
前記第１領域は、前記鉄元素及び前記クロム元素の前記少なくとも一方のＥＰＭＡ信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍以上となる部分を含む、窒化ケイ素基板（ただし、窒化珪素を主成分とし、マグネシウム，希土類金属，アルミニウムおよび硼素を酸化物換算でそれぞれ２質量％以上６質量％以下，１２質量％以上１６質量％以下，０．１質量％以上０．５質量％以下，０．０６質量％以上０．３２質量％以下含んでなり、β－Ｓｉ ３ Ｎ ４ からなる主結晶相と、組成式がＲＥ ４ Ｓｉ ２ Ｎ ２ Ｏ ７ （ＲＥは希土類金属）として示される成分を含む粒界相とにより構成され、Ｘ線回折法によって求められる、回折角２７°～２８°におけるβ－Ｓｉ ３ Ｎ ４ の第１のピーク強度Ｉ ０ に対する、回折角３０°～３５°におけるＲＥ ４ Ｓｉ ２ Ｎ ２ Ｏ ７ の第１のピーク強度Ｉ １ の比率（Ｉ １ ／Ｉ ０ ）が２０％以下（但し、０％を除く）であることを特徴とする窒化珪素質焼結体を除く）。 - 請求項１に記載の窒化ケイ素基板において、
前記第２領域は、前記鉄元素及び前記クロム元素の両方のＥＰＭＡ信号強度がシリコン元素のＥＰＭＡ信号強度の０．００５倍未満となる部分を含む、窒化ケイ素基板。 - 請求項１又は２に記載の窒化ケイ素基板において、
前記第１領域は、前記鉄元素の前記ＥＰＭＡ信号強度の最大値が前記シリコン元素の前記ＥＰＭＡ信号強度の０．００８倍以上となる部分を含む、窒化ケイ素基板。 - 請求項１又は２に記載の窒化ケイ素基板において、
前記第１領域は、前記クロム元素の前記ＥＰＭＡ信号強度の最大値が前記シリコン元素の前記ＥＰＭＡ信号強度の０．００６倍以上となる部分を含む、窒化ケイ素基板。 - 請求項１から４までのいずれか一項に記載の窒化ケイ素基板において、
前記第２領域は、前記第１領域を囲んでいる、窒化ケイ素基板。 - 請求項１から５までのいずれか一項に記載の窒化ケイ素基板において、
前記第１領域は、２０μｍ以上３５０μｍ以下の円相当直径を有する、窒化ケイ素基板。
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| JP2012092006A (ja) | 2010-09-29 | 2012-05-17 | Kyocera Corp | 窒化珪素質焼結体およびこれを用いた回路基板ならびに電子装置 |
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