(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発させた有機アルミニウムとアンモニアを気相反応させて窒化アルミニウム粉末を製造する方法において、有機アルミニウムの蒸発を同伴ガスにより沸点以下で行い、且つ反応器に到るまでの間の温度を沸点＋２０  ℃以下に保持し、さらに蒸発後反応器に到るまでの到達時間を１００  秒以下で輸送して反応器内の２００  〜６００  ℃のゾーンに供給し、３００  〜６００  ℃においてアンモニアと気相反応せしめ、得られた窒化アルミニウム前駆体を不活性ガス中において１１００〜１９００℃で焼成することを特徴とする窒化アルミニウムの製造方法。
【請求項２】
有機アルミニウムがトリアルキルアルミニウムである請求項１記載の窒化アルミニウムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は窒化アルミニウム粉末の製法に関する。詳しくは、半導体周辺材料及び耐熱・耐蝕性セラミックスとして好適に用いられる窒化アルミニウム焼結体を得るための炭素含有量の少ない窒化アルミニウム粉末の製法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、窒化アルミニウム粉末の製造方法として次の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。これに対して最近有機アルミニウム法が原料として蒸留等により精製可能な有機アルミを用いるため、製品の高純度化が容易というメリットを有しており注目されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする問題点】
しかしながら、有機アルミニウム法は得られる製品中に原料のアルキル基に起因する不純物を炭素として３  ｗｔ％前後含有するという問題点を有していた。しかし、上記焼結用の原料粉末としては酸素含有量もさることながら炭素含有量の少ないものが求められており、一般的にその上限は０．１  ｗｔ％程度とされている。したがって、この炭素を除去するために有機アルミニウムとアンモニアの反応で生成した窒化アルミニウム前駆体を酸化性ガス雰囲気下（空気中など）での焼成や、特開平２−１９９００９で開示されているように、ＮＨ３  中での焼成を行って炭素含有量を減少する必要があった。
【０００４】
酸化処理による場合は結果として過剰に酸化されて酸素を数％含有することになって、製品を焼結した際の熱伝導率悪化の原因となっていた。また、ＮＨ３  中での焼成は前駆体中の炭素の除去には大変有効な方法であるものの、ＮＨ３  および電力原単位の悪化等、経済的な問題、さらに高温下ＮＨ３  雰囲気に耐える材質が無いということもあり、安全性の点からも問題点を有している。例えば特公平４−８３６４には有機アルミニウムとアンモニアガスとを反応させて窒化アルミニウム粉末を製造する方法が公開されている。この方法はこれらの化合物を２００  ℃以下で混合した後に６００  〜１３００℃で反応をせしめるものであるが、２００  ℃以下でこれらの化合物を混合した場合、混合部での閉塞が起きて長時間の運転が困難となる。さらに反応温度が６００  〜１３００℃と高く不経済であること、高温下でアンモニア雰囲気に耐えうる素材がない事から安全性の面で問題がある。など、工業化するには問題点がある。
【０００５】
また有機アルミニウムガスとアンモニアガスとを反応させて窒化アルミニウム粉末を製造する方法が特開平２−１４１４０８（窒化アルミニウムの製造方法）、特開平２−２１７３１１（有機アルミニウムを二重管で供給することによる長時間運転）、特開平２−２３９１０９（有機アルミニウムとアンモニアおよび系内全ガス比による生成粒子の均一化）に開示され、蒸発温度および輸送温度を記載しているものもあるが蒸発後、反応器に至る迄の輸送時間が１００  秒以上であれば有機アルミニウムが一部分解し、得られる窒化アルミニウム前駆体中の分解種としての炭素含有量が増加する、この分解種は焼成中に揮散し難く、得られる窒化アルミニウム中の炭素含有量までもが増大する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、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、炭素含有量を低く抑えた窒化アルミニウム粉末を酸化処理やアンモニア中での焼成処理なしに製造する方法を開発することができ、本発明を完成した。
【０００７】
即ち、本発明の窒化アルミニウムの製造法は、蒸発させた有機アルミニウムとアンモニアを気相反応させて窒化アルミニウム粉末を製造する方法において、有機アルミニウムの蒸発を同伴ガスにより沸点以下で行い、且つ反応器に到るまでの間の温度を沸点＋２０  ℃以下に保持し、さらに蒸発後反応器に到るまでの到達時間を１００  秒以下で輸送して反応器内の２００  〜６００  ℃のゾーンに供給し、３００  〜６００  ℃においてアンモニアと気相反応せしめ、得られた窒化アルミニウム前駆体を不活性ガス中において１１００〜１９００℃で焼成することを特徴とするものである。従来、有機アルミニウム法で得られる窒化アルミニウム粉末は、残存する炭素を除去するために酸化ガス雰囲気中で７００  ℃以上の温度で焼成する必要があり、結果として過剰に酸化されて酸素を数％含有し、この酸素原子が熱伝導率に悪影響を及ぼしていた。本発明ではこの問題点を簡単なプロセスで解決でき、工業的に極めて有利である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
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−Ｃ３Ｈ７などのＣ１〜Ｃ４のアルキル基のひとつ以上の組み合わせ）で示されるものであり、代表的な有機アルミニウムとしてトリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムがあげられる。これらはそれぞれ融点は１５．３℃、−４５．５℃、沸点は１２７．１  ℃、１８６．６  ℃、という物性を有し、いずれも常温で液体であるため、蒸留精製などの簡単な手段で高純度化が容易で、得られる窒化アルミニウム粉末は電子材料として好適に用いられるレベル迄の超高純度化が可能である。また、工業的に生産する際の入手の容易さも特徴のひとつとしてあげることができる。
【０００９】
本発明は、精製有機アルミニウム化合物を、水素、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの不活性キャリアガスにより沸点以下で蒸発を行う。蒸発した有機アルミニウムおよび不活性キャリアガスは、反応器迄の温度を沸点＋２０  ℃以下、到達時間を１００  秒以下で輸送し、反応器内の２００  〜６００  ℃のゾーンに供給する。反応後得られる窒化アルミニウム前駆体は炭素を２．０  ｗｔ％以下含有するものの、この種の炭素種は熱分解によってガス化揮散し易く、この窒化アルミニウム前駆体を不活性ガス雰囲気中において１１００〜１９００℃の温度で焼成することによって容易に揮散脱炭しうる。得られる窒化アルミニウム粉末は、炭素の含有量が０．１  ｗｔ％以下とする事は容易である。
【００１０】
本発明の方法では有機アルミニウムはその沸点以下で蒸発させるのがよい。蒸発温度が沸点以上では有機アルミニウムの分解が起こり一部揮散脱炭の非常に困難な分解種として生成物中に残留するため好ましくない。蒸発した有機アルミニウムの輸送は温度を沸点＋２０  ℃以下に保ち、反応器迄の到達時間を１００  秒以下で輸送するのがよい。好ましくは到達時間を１０秒以下で輸送するのがよい。１００  秒以上では有機アルミニウムが一部前述の揮散脱炭の非常に困難な分解種として生成物中に残留するため好ましくない。沸点＋２０  ℃以上でも同様に分解が起こり一部分解種として生成物中に残留するため好ましくない。
【００１１】
有機アルミニウムは反応器の２００  〜６００  ℃の温度ゾーンに吹き込むのがよい。２００  ℃以下では品質上問題ないもののアンモニアとの混合および反応過程で粘着性物質を生成し、反応器内の閉塞が起こり長時間運転が困難である。また６００  ℃以上では有機アルミニウムの分解が促進され分解種として生成物中に残存する炭素分が増加し、更に分解物が供給口で閉塞し長時間運転が困難となるなど好ましくない。反応は３００〜６００℃で行う。
【００１２】
得られた窒化アルミニウム前駆体の焼成は、不活性ガス中で１１００〜１９００℃の温度で行う。不活性ガスとしては、水素、ヘリウム、窒素、アルゴン等から選ぶことが可能であるが、経済的な面から考えると窒素ガスが好ましい。温度は１１００℃でも十分であるが、残留有機物の揮散は１４００℃以上でさらに良くなる。しかし、１９００℃を越えると部分的なシンタリングが発生し製品の歩留まりを悪化させる。炭素濃度の分析にはセラミックス中炭素・水素・窒素分析装置（ＬＥＣＯ社製）を用いて容易に定量することができる。
【００１３】
【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。
【００１４】
実施例１
蒸発器に窒素ガスをキャリアーとして毎時３．４  Ｋｇ、トリエチルアルミニウムを毎時２．５  Ｋｇフィードし１７０  ℃で蒸発させた。蒸発したトリエチルアルミニウムは反応器までの温度を２００  ℃、到達時間を１．２  秒で輸送した。反応器（空塔反応器、内径８ｃｍ  、長さ６ｍ）を外部加熱により４８０  ℃に制御して反応器内に挿入された反応器内吹き出し部は３００  ℃であった。反応器内でアンモニアと反応させて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毎時約０．８Ｋｇ  の生成物（窒化アルミニウム前駆体）を得た。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１６００℃に昇温し、同温度で３時間保持した後室温まで降温し、窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００１５】
実施例２
蒸発したトリエチルアルミニウムの反応器までの到達時間を３．７  秒で行った他は実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。ただし蒸発させたトリエチルアルミニウムの滞留時間は蒸発器から反応器までの配管径および長さを変える事で行った。評価結果を表１に示す。
【００１６】
実施例３
蒸発したトリエチルアルミニウムの反応器までの到達時間を８．６  秒で行った他は実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００１７】
実施例４
蒸発したトリエチルアルミニウムの反応器までの到達時間を５３．２秒で行った他は実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００１８】
実施例５
反応器を７００  ℃で制御し、トリエチルアルミニウムの反応器内吹き出し部の温度を３００  ℃で行った他は実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００１９】
実施例６
実施例２で得られた生成物（窒化アルミニウム前駆体）をカーボン製坩堝にいれて、窒素ガス雰囲気下で１２００℃に昇温し、同温度で３時間保持した後室温まで降温し、窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００２０】
比較例１
トリエチルアルミニウムの蒸発温度を２００  ℃で行った他は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００２１】
比較例２
トリエチルアルミニウムの蒸発温度を２４０  ℃で行った他は実施例１と同様にして、窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００２２】
比較例３
蒸発したトリエチルアルミニウムの反応器までの温度を２４０  ℃で行った他は実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００２３】
比較例４
蒸発したトリエチルアルミニウムの反応器までの到達時間を１１２  秒で行った他は実施例１と同様にして窒化アルミニウム粉末を得た。評価結果を表１に示す。
【００２４】
比較例５
トリエチルアルミニウムの反応器内吹き出し部の温度を１６０  ℃で行った他は実施例１と同様にして行った。ただし反応器内吹き出し部の温度は反応器の温度分布を利用して吹き出し位置を変えることでおこなった。運転結果、１３時間後供給ラインの圧力上昇が起こり運転を中止した、装置を解体し点検を行ったところ供給部から反応器内部にかけて灰白色の固形物が固着しており反応器が閉塞していた。
【００２５】
比較例６
反応器を７００  ℃で制御し、トリエチルアルミニウムの反応器内吹き出し部の温度を６３０  ℃で行った他は実施例１と同様にして行った結果、７  時間後供給ラインの圧力上昇が起こり運転を中止した、装置を解体し点検を行ったところ供給部に白銀色の固形物が固着しており供給口が閉塞していた。得られた窒化アルミニウム粉末の評価結果を表１に示す。
【００２６】
【表１】
0003585302.tif 000002
【００２７】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、反応後の生成した窒化アルミニウム前駆体中の炭素は、不活性ガス雰囲気中で焼成することによりガス化、揮散しやすく有効に脱炭素処理を行うことができる。これは、プロセスおよび装置面において極めて容易でありコスト的にも有利である。また、品質でも優れた窒化アルミニウム粉末を工業的に得ることができる。