(57)【要約】【課題】色むらの発生を抑制し、かつ、数時間の焼成で高純度とし得る窒化アルミニウム焼結体の製造方法を提供する。【解決手段】窒化アルミニウムを主成分とする成形体、脱脂体又は仮焼体を、アンモニアガスを含むガスを導入しつつ１２００〜１７００℃の温度で焼成した後、更に、窒素ガス雰囲気において１８００〜２０００℃の温度で焼成する。【選択図】　　　　なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化アルミニウムを主成分とする成形体、脱脂体又は仮焼体を、アンモニアガスを含むガスを導入しつつ１２００〜１７００℃の温度で焼成した後、更に、窒素ガス雰囲気において１８００〜２０００℃の温度で焼成することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項２】
窒化アルミニウムを主成分とする成形体、脱脂体又は仮焼体を、アンモニアガス及び炭化水素ガスを含むガスを導入しつつ２００〜１７００℃の温度で焼成した後、更に、窒素ガス雰囲気において１８００〜２０００℃の温度で焼成することを特徴とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【請求項３】
前記炭化水素ガスの含有量がアンモニアガスに対して１〜３０ｖｏｌ％であることを特徴とする請求項２記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
【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（ＡＩＮ）を主成分とする窒化アルミニウム焼結体の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化アルミニウムは、理論熱伝導率が３２０Ｗ／ｍ・Ｋと高いため、その焼結体は、効率よく熱を逃がすための放熱基板や、半導体製造装置において半導体ウエーハへ熱を均一に伝達する必要がある部材等に使用されている。
従来、窒化アルミニウム焼結体は、焼結体の緻密化及び窒化アルミニウム結晶粒子中に固溶している不純物酸素の粒界部へのトラップを図るため、窒化アルミニウム粉末に、焼成中にイットリウム−アルミニウム−酸素（Ｙ−Ａｌ−Ｏ）系の液相を生成するイットリウム化合物等を焼結助剤として１〜１０ｗｔ％添加して成形体、脱脂体又は仮焼体とした後、これらの何れかを、窒素ガス雰囲気において１８００〜２０００℃の温度で数時間焼成して製造されている。
このようにして得られる窒化アルミニウム焼結体は、熱伝導率が１００〜１９０Ｗ／ｍ・Ｋ、純度９０〜９９．９％である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の窒化アルミニウム焼結体の製造方法では、焼結体中に残留するＹ−Ａｌ−Ｏ系化合物の偏在やそれ自体の組成不均一により、焼結体に色むらが発生し易い不具合がある。
又、焼結助剤の添加は、元来焼結体の純度低下を招来し、生成した液相成分を除去して高純度の焼結体を得るには、数十時間の焼成を必要とする不具合がある。
【０００４】
そこで、本発明は、色むらの発生を抑制し、かつ、数時間の焼成で高純度とし得る窒化アルミニウム焼結体の製造方法を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の第１の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、窒化アルミニウムを主成分とする成形体、脱脂体又は仮焼体を、アンモニアガスを含むガスを導入しつつ１２００〜１７００℃の温度で焼成した後、更に、窒素ガス雰囲気において１８００〜２０００℃の温度で焼成することを特徴とする。
【０００６】
又、第２の窒化アルミニウム焼結体の製造方法は、窒化アルミニウムを主成分とする成形体、脱脂体又は仮焼体を、アンモニアガス及び炭化水素ガスを含むガスを導入しつつ１２００〜１７００℃の温度で焼成した後、更に、窒素ガス雰囲気において１８００〜２０００℃の温度で焼成することを特徴とする。
【０００７】
前記炭化水素ガスの含有量は、アンモニアガスに対して１〜３０ｖｏｌ％であることが好ましい。
【０００８】
【作用】
本発明の第１の窒化アルミニウム焼結体の製造方法においては、アンモニアガスを含むガスを導入しながらの焼成により、不純物酸素を固溶している窒化アルミニウム結晶粒子がアンモニアガスから解離した窒素や水素の化学種によって還元窒化され、不純物酸素が水蒸気となる。
【０００９】
成形体、脱脂体又は仮焼体は、主成分の窒化アルミニウムの他、焼成中にＹ−Ａｌ−Ｏ系の液相を生成するイットリウム化合物等の焼結助剤、又は窒化アルミニウム結晶粒子中に含まれ、焼結助剤として機能するカルシウム（Ｃａ）等を含有する。
アンモニアガスを含むガスとしては、アンモニアガスのみでもよいが、窒素ガス等との混合ガスとしてもよい。混合ガスの場合、アンモニアガス濃度は、任意に定めて差し支えないが、５０ｖｏｌ％以上がアンモニアガス導入効果からすると好ましい。
アンモニアガスを含むガスを導入しながらの焼成温度が、１２００℃未満であると、アンモニアガスの解離が不十分であるために還元窒化作用が十分に発揮されない。一方、１７００℃を超えると、アンモニアガスから解離した窒素及び水素の化学種が安定した窒素、水素となってしまうため還元窒化作用が十分に発揮されなくなる。
アンモニアガスを含むガスを導入しながらの焼成温度は、１２００〜１６００℃がより好ましい。
又、窒素ガス雰囲気での焼成温度が、１８００℃未満であると、窒化アルミニウム焼結体の緻密化が不十分となる。一方、２０００℃を超えると、粒成長に伴う顕著な強度低下や、液相の激しい揮発による窒化アルミニウム焼結体への色むらが発生し、好ましくない。
窒素ガス雰囲気での焼成温度は、１８００〜１９００℃がより好ましい。
【００１０】
第２の窒化アルミニウム焼結体の製造方法においては、アンモニアガス及び炭化水素ガスを含むガスを導入しながらの焼成により、不純物酸素を固溶している窒化アルミニウム結晶粒子が還元窒化され、不純物酸素が炭化水素ガスと反応して一酸化炭素（ＣＯ）ガス及び水素（Ｈ２）ガスとなり、還元窒化反応における標準生成エネルギーを低くする。
【００１１】
成形体、脱脂体又は仮焼体は、主成分の窒化アルミニウムの他、焼成中にＹ−Ａｌ−Ｏ系の液相を生成するイットリウム化合物等の焼結助剤、又は窒化アルミニウム結晶粒子中に含まれ、焼結助剤として機能するカルシウム等を含有する。アンモニアガス及び炭化水素ガスを含むガスとしては、アンモニアガス及び炭化水素ガスのみでもよいが、窒素ガス等を含んでもよい。窒素ガス等を含む場合、アンモニアガス及び炭化水素ガス濃度は任意に定めて差し支えないが、アンモニアガス導入効果から。５０ｖｏｌ％以上が好ましい。
炭化水素ガスとしては、プロパン、メタン、エタン等が挙げられる。
アンモニアガス及び炭化水素ガスを含むガスを導入しながらの焼成温度が、１２００℃未満であると還元窒化作用が十分に発揮されない。一方、１７００℃を超えると、アンモニアガスから解離した窒素、水素の化学種が窒素及び水素で安定化してしまうため、還元窒化作用が十分に発揮されなくなる。
アンモニアガス及び炭化水素ガスを含むガスを導入しながらの焼成温度は、１２００〜１６００℃がより好ましい。
又、窒素ガス雰囲気での焼成温度が、１８００℃未満であると、窒化アルミニウム焼結体の緻密化が不十分となる。一方、２０００℃を超えると、粒成長に伴う顕著な強度低下や、液相の激しい揮発による窒化アルミニウム焼結体への色むらが発生し、好ましくない。
窒素ガス雰囲気での焼成温度は、１８００〜１９００℃がより好ましい。
炭化水素ガスの含有量が、アンモニアガスに対して１ｖｏｌ％未満であると、炭化水素ガスの添加効果が少なく、３０ｖｏｌ％を超えると、炭化水素ガス由来の炭素が遊離析出してしまう。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的な実施例及び比較例を参照して説明する。
実施例１〜６、比較例１〜４
先ず、平均粒径０．８μｍ、純度９９％（不純物酸素含有量０．５％）の窒化アルミニウム粉末に、焼結助剤として平均粒径１μｍの酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）粉末０．２ｗｔ％、バインダ（結合剤）としてポリビニルブチラール（ＰＶＢ）３ｗｔ％、及び適量のメタノールを添加し、ボールミルによって混合してスラリーを調製し、このスラリーをスプレードライヤによって造粒して平均粒径６０μｍの造粒粉を得た。
次に、造粒粉を一軸金型プレスにより３０ＭＰａの圧力で成形し、更に、１００ＭＰａの圧力で冷間静水圧プレス（ＣＩＰ）処理して複数の成形体を得た後、各成形体を大気中において６００℃の温度で加熱して脱脂し、複数の脱脂体を得た。
次いで、各脱脂体を、表１に示す焼成条件（ガス雰囲気、温度及び時間）で焼成した（但し、比較例１を除く）後に、更に、窒素ガス雰囲気において１８５０℃の温度で３時間焼成して窒化アルミニウム焼結体をそれぞれ得た。
又、酸化イットリウムの添加量１ｗｔ％とし、これ以外は実施例１〜６、比較例１〜３と同様にして比較例４の窒化アルミニウム焼結体を得た。
得られた各窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率及び色むらの有無は、表１に示すようになった。
【００１３】
【表１】
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※表中、５％プロパンは、アンモニアガスに対する５ｖｏｌ％のプロパンガス
を示す。
【００１４】
実施例７、比較例５
先ず、平均粒径１μｍ、２０００ｐｐｍのカルシウムを含有する純度９８％（不純物酸素含有量１％）の窒化アルミニウム粉末に、バインダとしてポリビニルブチラール３ｗｔ％、及び適量のメタノールを添加し、ボールミルによってスラリーを調製した後、実施例１〜６、比較例１〜４と同様にして造粒、成形及び脱脂を行って２つの脱脂体を得た。
次に、両脱脂体を、表１に示す焼成条件で焼成した（但し、比較例５を除く）後、更に窒素ガス雰囲気において１８５０℃の温度で３時間焼成して窒化アルミニウム焼結体をそれぞれ得た。
得られた各窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率及び色むらの有無は、表１に示すようになった。
【００１５】
表１から分かるように、脱脂体を、窒素ガス雰囲気における１８５０℃の温度での焼成に先立って、アンモニアガス、又はアンモニアガス及び炭化水素ガスを含むガスを導入しつつ１２００〜１７００℃の温度で焼成することにより、焼結助剤の添加量が少なくても熱伝導率１２０〜１８８Ｗ／ｍ・Ｋで、色むらのない窒化アルミニウム焼結体が得られる。
【００１６】
なお、上述した実施の形態においては、脱脂体を焼成する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、成形体又は仮焼体を焼成してもよく、同様の作用効果が得られる。
又、１２００〜１７００℃の温度領域でアンモニアガスから解離した窒素や水素の化学種はバインダに含まれる炭素と反応して炭化水素やシアン系のガスとして系外へ排出されるため、特に脱脂工程を設けずとも窒化アルミニウム焼結体を得ることができる。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、アンモニアガスを含むガスを導入しながらの焼成により、不純物酸素を固溶している窒化アルミニウム結晶粒子が還元窒化され、不純物酸素が水蒸気となるので、焼結助剤が非常に少ない場合でも、数時間の焼成で、緻密で１２０〜１９０Ｗ／ｍ・Ｋ程度の熱伝導率を有する窒化アルミニウム焼結体を得ることができると共に、焼結助剤の添加量が非常に少ないことに伴って、高純度で色むらのないものとすることができる。
【００１８】
又、第２の窒化アルミニウム焼結体の製造方法によれば、アンモニアガス及び炭化水素ガスを含むガスを導入しながらの焼成により、不純物酸素を固溶している窒化アルミニウム結晶粒子が還元窒化され、不純物酸素が炭化水素ガスと反応して一酸化炭素ガス及び水素ガスとなり、還元窒化反応における標準生成エネルギーを低くするので、反応を促進することができ、ひいては第１の方法による効果を一層高めることができる。