JP2003146760A - 窒化アルミニウム焼結体とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】機械的強度および耐熱衝撃性に優れ、さらにハ
ロゲン系ガスへの耐食性を有し、温度依存性の小さい体
積抵抗率を有する窒化アルミニウム焼結体を提供する。 【構成】窒化アルミニウム焼結体マトリックス中にＡｌ
_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７の結晶が分散し、
さらにマグネシウムが０．１〜２重量％存在する窒化ア
ルミニウム焼結体並びに、窒化アルミニウム粉末にマグ
ネシウム成分とＡｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ
_７成分を混合し、１７５０〜１９５０℃で１５時間以上
焼成することにより上記窒化アルミニウム焼結体を製造
する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、室温（２５℃）か
ら高温、例えば８００℃に至る広い温度範囲で温度依存
性の小さい体積抵抗率を有する窒化アルミニウム焼結体
に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、エッチング、成膜、メタライズ等
の工程において、半導体ウエハを吸着、保持するため静
電チャック等が使用されている。これらの工程はハロゲ
ン系腐食ガスが使われており、高温での使用も行われる
ため、耐食性、耐熱性に優れた材料が必要とされる。一
方、窒化アルミニウムは高熱伝導率で、機械的強度およ
び耐熱衝撃性にも優れ、さらにハロゲン系ガスへの耐食
性に優れていることから、静電チャック等の半導体製造
用部品として適していると考えられる。

【０００３】窒化アルミニウム焼結体を上記の静電チャ
ックに用いた場合、体積抵抗率が１×１０^１４〜１×１
０^８Ω・ｃｍの範囲で大きな吸着力が得られる。

【０００４】しかし、窒化アルミニウム焼結体の体積抵
抗率は温度依存性が高く、例えば室温で１０^１５Ω・ｃ
ｍ以上と高く、温度上昇に伴い体積抵抗率は低下し、８
００℃では１０⁶Ω・ｃｍ以下となるため、広い温度範
囲で安定的に高い吸着力を得ることが出来ず、使用温度
が１５０〜５００℃程度の中間温度域に制限されてい
た。そのため、室温から高温域で安定的に高い吸着力を
得ることが出来る窒化アルミニウム焼結体が必要とされ
ていた。

【０００５】そこで、窒化アルミニウム焼結体の体積抵
抗率の温度依存性を低減させる試みとして、例えば、特
開平１１−１００２７０号公報では希土類元素化合物の
配合量を調整し、焼結時の圧力を大きくすることによっ
て、窒化アルミニウム粒子中の残留酸素量を制御し１０
０〜５００℃における体積抵抗率が１×１０^１４〜１×
１０^７Ω・ｃｍとなる焼結体が提案されている。

【０００６】また、特開２０００−１４３３４９号公報
では窒化アルミニウムにＴｉＮおよびＣｅＡｌＯ_３を存
在させることにより、０〜５０℃における体積抵抗率が
１×１０^８〜１×１０^１２Ω・ｃｍである焼結体が提案
されている。

【０００７】しかしながら、近年半導体設計ルールの一
層の微細化や生産性向上の要請で、半導体ウエハの処理
温度は益々高くなる傾向にあり、これに伴って一層高温
下での体積抵抗率の高い静電チャックの基体が望まれる
に至り、理想的には、室温から８００℃を越える領域で
も、例えば、１×１０^１４〜１×１０^８Ω・ｃｍの体積
抵抗率を有する静電チャックの基体が望まれるに至って
いる。

【０００８】しかるに、前記特開平１１−１００２７０
号公報に記載されている焼結体では、室温では体積抵抗
率が１０^１４Ω・ｃｍを越えて高くなり、８００℃近辺
では１０^６Ω・ｃｍ程度まで体積抵抗率が低下する。さ
らに、ホットプレスなどの加圧焼結が必要条件のため、
常圧焼結に比べ装置が大掛かりになることや、成形体の
炉への仕込み量が低下するなど焼成コストがかかるなど
問題があった。

【０００９】また、特開２０００−１４３３４９号公報
に記載されているＴｉＮおよびＣｅＡｌＯ_３を含有する
焼結体は、静電チャックの基体として室温から精々２０
０℃の温度域でしか安定した吸着力が得られず、高温域
での使用が出来ないといった問題があった。さらに、Ｔ
ｉＮは遷移金属のため、半導体製造プロセスでは必ずし
も好適ではない。

【００１０】更に、高温側での体積抵抗率の低下を改良
する方法としては特開平２０００−４４３４５号公報に
は、７００℃における体積抵抗率が１×１０^７Ω・ｃｍ
以上で、熱伝導率が８０ｗ／ｍ・K以下の窒化アルミニ
ウム焼結体として、窒化アルミニウム多結晶にマグネシ
ウムを含有させることが提案されていた。しかし、この
方法においても体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｃｍ以上と
なるのは高々６００℃程度までである。

【００１１】そこで、本発明者らは、８００℃における
体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｃｍ以上の窒化アルミニウ
ム焼結体を得るべく、種々検討し、窒化アルミニウム、
希土類化合物、およびＭｇＡｌ_２Ｏ_４よりなる焼結体が
熱伝導率７５ｗ／ｍ・K以上で、かつ８００℃における
体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｃｍ以上となることを見出
し、すでに特願平２００１−１６０７４号として提案し
た。この窒化アルミニウム焼結体は高温下での体積抵抗
特性は十分目的とする物性値を満足するものであるが、
室温下（２５℃）では、むしろ、体積抵抗率が１×１０
^１４Ω・ｃｍを越えて大きくなりすぎる傾向にあり、利
用上の観点から、今一歩低温側の体積抵抗率を改良する
余地があった。

【００１２】室温付近の温度域における窒化アルミニウ
ムの物性、特に静電チャックの部材として用いた場合に
大型のウエハに対応可能な吸着力を示すことが出来る性
能を有する窒化アルミニウム焼結体として、ＡｌＯＮ相
およびホウ素を含有する窒化アルミニウム質焼結体が、
特開平１１−３１７４４１号公報に提案されている。こ
の窒化アルミニウム質焼結体は、室温下でＡｌＯＮが酸
素含有量で表されたとき、５重量％付近で最大の静電吸
着力を示すことが認められる。しかし、高温側では、窒
化アルミニウムの本来の性能が維持されるため、体積抵
抗率は１×１０ ^８Ω・ｃｍ以下であった。更に、該公報
においては体積抵抗率の改良については、全く記載され
ておらず、その温度依存性は予測することは出来ない。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明者らは、
高熱伝導率で、ハロゲン系腐食性ガスへの耐食性に優
れ、かつ室温から８００℃以上の広い温度域で１×１０
^１４〜１×１０^８Ω・ｃｍの範囲の体積抵抗率を有する
窒化アルミニウム焼結体の開発を目的として研究を行っ
た。

【００１４】その結果、窒化アルミニウム焼結体中にＡ
ｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７の結晶が分散
し、かつマグネシウム成分を、特定量含有したものは、
両配合剤の相乗作用により、８００℃で１×１０^８Ω・
ｃｍ以上の体積抵抗率を示しかつ室温においても１×１
０^１４Ω・ｃｍ以下の体積抵抗率となることを見出し
た。かかる現象は真に驚くべきことであった。

【００１５】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは上
記知見に基づき更に研究を重ねた結果、高熱伝導率で、
かつ温度依存性の少ない体積抵抗率を有し、また、ハロ
ゲン系腐食性ガスへの高い耐食性も兼ね備え、更には量
産性にも優れる窒化アルミニウム焼結体が得られること
を見出し、本発明を完成するに至った。

【００１６】すなわち本発明は、窒化アルミニウム焼結
体マトリックス中に、Ａｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９
Ｏ_３Ｎ_７の結晶相が分散しており、かつマグネシウムを
全重量の０．１〜２重量％含有することを特徴とする窒
化アルミニウム焼結体である。

【００１７】本発明の窒化アルミニウム焼結体にあって
は、窒化アルミニウムの多結晶粒子が互いに隣接し、場
合によっては、粒界に不純物や焼結助剤に由来する化合
物を挟雑した連続相を形成したマトリックスの間に、X
線回折によりＡｌ_５Ｏ_６Ｎ結晶に由来するピーク（２θ
＝３１．０〜３２．０゜）および／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ _７
結晶に由来するピーク（２θ＝７０．５〜７１．５゜）
を有する物質（以下これらを単にＡｌ_５Ｏ_６Ｎ結晶およ
びＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７結晶という）の結晶が分散した状態で
存在していることが走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察な
どで知ることが出来る。

【００１８】また、本願発明の窒化アルミニウム焼結体
には、マグネシウム成分の存在が不可欠である。後述す
る図１からも明らかなとおり、マグネシウム成分は、マ
グネシウム原子として全重量の０．１〜２重量％でなけ
ればならず、窒化アルミニウム焼結体中に分散して存在
していることが、蛍光X線測定（ＸＲＦ）などで確認す
ることが出来る。

【００１９】本発明にあっては、窒化アルミニウムマト
リックス中にＡｌ_５Ｏ_６Ｎの結晶および／又はＡｌ_９Ｏ
_３Ｎ_７の結晶が分散存在していれば、その散在割合は、
特に問わないが、Ｘ線回折のピーク強度面積から求め
た、窒化アルミニウム結晶のピーク強度面積（２θ＝４
９．５〜５０．５゜）に対するＡｌ_５Ｏ_６Ｎ結晶のピー
ク強度面積（２θ＝３１．０〜３２．０゜）およびＡｌ
_９Ｏ_３Ｎ_７結晶のピーク強度面積（２θ＝７０．５〜７
１．５゜）の比率の和が、窒化アルミニウム１に対して
０．０２〜０．６０であることが特に好適である。

【００２０】本発明の窒化アルミニウム焼結体の特徴の
１つは、室温から８００℃の広い温度域において体積抵
抗率が１×１０^１４〜１×１０^８Ω・ｃｍである。

【００２１】更に、本発明の窒化アルミニウム焼結体の
別の特徴は、熱伝導率を６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらには
８０Ｗ／ｍ・Ｋ、特に９０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の如く高熱伝
導率とすることが出来る。

【００２２】上記の如き本発明の窒化アルミニウム焼結
体の製造方法は、特に限定されないが、一般に窒化アル
ミニウム粉末１００重量部に対し、マグネシウム成分を
酸化マグネシウムとして１〜４．２重量部、Ａｌ_５Ｏ_６
Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ _７成分を酸化アルミニウム
として２．５〜９重量部を含む混合物を成形し、焼結す
ることによって得られる。更に、上記マグネシウム成分
として酸化マグネシウムを、Ａｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又は
Ａｌ_９Ｏ_３Ｎ_７成分として酸化アルミニウムをそれぞれ
用い１７５０〜１９５０℃で１５時間以上焼結するか、
或いは、マグネシウム成分およびＡｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／
又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７成分としてＭｇＡｌ _２Ｏ_４を用い１
７５０〜１９５０℃で１５時間以上焼成することによっ
て本発明の焼結体を得ることが出来る。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の特徴の一つは、窒化アルミニウムを主結晶と
し、Ａｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７の結晶相
をその中に有し、かつマグネシウムを含有していること
により、室温から８００℃の温度領域における体積抵抗
率が１×１０^１４〜１×１０^８Ω・ｃｍである点にあ
る。他の特徴は６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高い熱伝導率の焼
結体を得ることが出来る点にある。

【００２４】本発明において、窒化アルミニウム焼結体
に含まれるＡｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７の
結晶相が、窒化アルミニウム結晶のピーク強度面積（２
θ＝４９．５〜５０．５゜）に対するＡｌ_５Ｏ_６Ｎ結晶
のピーク強度面積（２θ＝３１．０〜３２．０゜）およ
びＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７結晶のピーク強度面積（２θ＝７０．
５〜７１．５゜）の比率の和が０．０２〜０．６０の範
囲にあることが、更には０．０５〜０．３０の範囲にあ
ることが好ましい。前記比率が０．６０より大きい場合
には熱伝導率が小さくなる傾向を示し、場合によっては
６０W／ｍ・K以下にまで低下する。また、前記比率が
０．０２より小さい場合は室温における体積抵抗率が大
きくなり、場合によっては１×１０^１４Ω・ｃｍを逸脱
する。図２は本発明の一実施例のX線回折ピークを示す
図である（但し、窒化アルミニウムのピークの上部はカ
ットした）。窒化アルミニウム結晶のピーク強度面積に
対するＡｌ_５Ｏ_６Ｎ結晶のピーク強度面積および／又は
Ａｌ_９Ｏ_３Ｎ_７結晶のピーク強度面積の比率は、ＣｕＫ
α線によるX線回折で求めることが出来る。

【００２５】また、Ａｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ
_３Ｎ_７の結晶相を有する窒化アルミニウム焼結体にマグ
ネシウムを全重量の０．１〜２重量％、好ましくは０．
５〜１重量％含有する必要がある。

【００２６】すなわち、マグネシウムの含有量は特に高
温領域の体積抵抗率に大きく影響を及ぼす。図１はＡｌ
_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７を窒化アルミニウ
ムに対し、０．５〜３．０存在させたときのマグネシウ
ム存在量と窒化アルミニウム焼結体の室温、５００℃お
よび８００℃における体積抵抗率の関係を示す図であ
り、マグネシウムは０．５〜１重量％あたりに効果のピ
ークがあり、その後は徐々に効果は減退し大略２重量％
あたりで、８００℃における体積抵抗率は１×１０^８Ω
・ｃｍ以下にまで低下する。

【００２７】従って、マグネシウムの含有量が前記範囲
を逸脱する場合は、一般に８００℃における体積抵抗率
が１×１０^８Ω・ｃｍ以上になり難くなる。

【００２８】本発明の窒化アルミニウム焼結体のマトリ
ックスを形成する窒化アルミニウムの結晶粒径の平均粒
子径が０．５〜５０μｍ、さらには１〜２０μｍである
ことが望ましい。平均粒子径が小さすぎると、基体材料
として所望の形状に機械加工する際などに、被加工物の
欠損が起こりやすく、製品の歩留りを低下させてしま
う。また、平均粒子径が大きすぎると基体材料としての
強度が得られ難くなる。

【００２９】本発明の窒化アルミニウム焼結体の製造方
法は、本発明で規定する性質を有するものを得ることが
出来る方法であれば、特に限定されないが、以下に示す
方法により好適に本発明で規定する性質を達成すること
ができる。

【００３０】本発明において、用いられる窒化アルミニ
ウム粉末は公知の酸化アルミニウム還元窒化粉、金属ア
ルミニウムの直接窒化粉等が全て支障なく使用できる
が、緻密な焼結体を得ることを勘案すると、粉末の平均
粒子径が５μｍ以下であることが好ましく、更に３μｍ
以下であることが好ましい。更には、アルミニウムおよ
びマグネシウムを除く、金属不純物は１０００ｐｐｍ以
下であることが好ましい。

【００３１】本発明において、Ａｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又
はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７は、別途合成したものを窒化アルミニ
ウム粉末と混合してもよいが、窒化アルミニウム粉末の
焼結時に上記結晶を形成し得る成分として窒化アルミニ
ウム粉末と混合し、焼結時に該結晶を形成させる方法が
最も有利な方法である。この場合、酸化アルミニウムを
用いることにより、マトリックスの窒化アルミニウムと
反応させてＡｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７の
結晶を形成させることが出来る。勿論硝酸アルミニウム
や炭酸アルミニウムのように窒化アルミニウムの焼結温
度よりも低い温度で容易に酸化物に変換し得るアルミニ
ウム化合物も同様に使用することが出来る。

【００３２】なかでも、マグネシウムの複合酸化物であ
るＭｇＡｌ_２Ｏ_４は、同時にマグネシウム成分の導入も
行うことが出来るので、特に好ましい物質である。

【００３３】本発明において、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４を用いる
場合その特性には制限がないが、高温領域で高い抵抗率
の焼結体を得るには、純度が９９．９％以上で平均粒子
径が２μｍ以下、特に０．５μｍ以下の微粉末が使用さ
れることが望ましい。

【００３４】本発明において、Ａｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又
はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７の窒化アルミニウム中における存在量
は、通常窒化アルミニウム１００重量部に対して、該化
合物中のアルミニウム分を酸化アルミニウムとして求め
たときの割合で２．５〜９重量部用いるのが好ましい。

【００３５】次に本発明に用いるマグネシウムは、上記
複合酸化物として配合される他酸化マグネシウム又は、
窒化アルミニウムの焼結条件下で酸化マグネシウムにな
り得る化合物、例えば硝酸マグネシウムや炭酸マグネシ
ウムを用いることも出来る。これらの化合物も高純度で
あることが好ましく、通常純度は９９％以上、平均粒径
１μｍ以下のものを、酸化マグネシウムとして求めたと
きの割合で１〜４．２重量部用いるのが好ましい。

【００３６】本発明の焼結体製造方法は、通常の窒化ア
ルミニウム焼結体を製造する方法と特に変るものではな
く、窒化アルミニウムには焼結助剤として希土類化合物
を１０重量部以下、好ましくは０．５〜７重量部程度加
えても差しつかえなく、しばしば好ましい結果が得られ
る。希土類化合物の種類は特に限定されるものではな
く、例えば、Ｙ_２Ｏ_３、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、Ｈｏ_２
Ｏ_３、Ｙｂ_２Ｏ_３、Ｇｄ _２Ｏ_２、Ｎｄ_２Ｏ_３、Ｓｍ_２Ｏ
_３、Ｄｙ_２Ｏ_３などが挙げられ、その中でも、Ｙ _２Ｏ_３
が好適である。

【００３７】本発明において、窒化アルミニウム粉末に
配合するＭｇＡｌ_２Ｏ_４等種々の化合物粉末の混合方法
は特に限定されず、公知の窒化アルミニウム粉末に焼結
助剤等の粉末に混合する方法が採用し得る。例を挙げる
と、乾式混合で混合物（混合粉末）を得る方法やエタノ
ールなどの有機溶媒と共にボールミルなどを用いて湿式
混合し、混合物のスラリーを得る方法等である、該スラ
リーは十分に乾燥して溶媒を除去し混合物（混合粉末）
を得る。

【００３８】本発明において、窒化アルミニウム焼結体
を得る方法としては、前記混合物を焼成する前に、あら
かじめグリーン体を作製しても良い。グリーン体を作製
するためには公知の方法が適用できる。例を挙げると、
前記混合物（混合粉末）を一軸プレスや静水圧プレス
（ＣＩＰ）等で成形しグリーン体を得る方法や、前記混
合粉末に有機バインダー等を添加して金型プレス、又は
シート成形などを行いグリーン体を得る方法、更には混
合物のスラリーを鋳込み成形する方法などがある。

【００３９】前記有機バインダーとしては、公知のもの
が特に制限なく使用できる。具体的には、ポリビニルブ
チラール、エチルセルロース類やアクリル樹脂類などが
使用でき、その中でもポリｎ−ブチルメタクリレートお
よびポリビニルブチラールが、グリーン体の成形性に優
れるため好適である。

【００４０】また、上記混合粉に有機バインダーを加え
る量は、プレス成形体を得る場合には、窒化アルミニウ
ム１００重量部あたり２〜１５重量部、シート体を得る
場合には５〜１５重量部が好ましく採用される。

【００４１】上記した有機バインダーを用いる方法とし
ては、前記混合物および有機バインダーにアルコール類
やトルエン等の有機溶媒、グリセリン化合物などの分散
剤およびフタル酸等の可塑剤を必要により加えて、ボー
ルミルで十分に混合してスラリー状にしたものをスプレ
ードライ法等により顆粒状にした後に金型プレスにより
ブロック状のグリーン体にする方法やドクターブレード
法によりシート状のグリーン体にする方法が一般的であ
る。

【００４２】上記した有機バインダーを用いたグリーン
体は、通常、焼成を行う前に脱脂を行い脱脂体とする。
前記脱脂は、酸素や空気等の酸化性ガス、或いは水素な
どの還元性ガス、アルゴンや窒素などの不活性ガス、二
酸化炭素およびこれらの混合ガス或いは水蒸気を混合し
た加湿ガス雰囲気中での熱処理によって行う方法が一般
的である。前記脱脂温度は２５０〜１２００℃、また保
持時間は１〜１０００分の範囲で、前記有機バインダー
の配合割合と脱脂方法に応じて適宜選択すれば良い。

【００４３】本発明において、前記の有機バインダーを
含まないグリーン体や、有機バインダーを含むグリーン
体を更に脱脂して得た脱脂体は、非酸化性雰囲気中で１
７５０℃以上の温度で１５時間以上、好ましくは２０時
間以上焼成する。しかし、あまり長時間焼成を行っても
技術的なメリットはなく、むしろ窒化アルミニウム結晶
粒が成長し強度の低下が現れるため、一般に焼成は７０
時間以下で十分である。

【００４４】焼成温度は１７５０〜１９５０℃とすべき
であり、焼成温度が１７５０℃以下、又は焼成時間が１
５時間未満といずれか一方で上記範囲をはずれると、窒
化アルミニウム中でＡｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ
_３Ｎ_７結晶相を生成させる場合十分でなく、室温におけ
る体積抵抗率が１×１０^８Ω・ｃｍ以下になり難く、本
発明の窒化アルミニウム焼結体が得られないためであ
る。

【００４５】なお、前記非酸化性雰囲気としては、例え
ば、窒素、アルゴン、ヘリウム、水素などのガス単独或
いは混合ガスよりなる雰囲気、又は真空雰囲気が使用さ
れる。

【００４６】また、焼結は常圧焼成、ホットプレス（Ｈ
Ｐ）、および熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）等によって行
われる。

【００４７】常圧焼成は、通常、前記グリーン体や脱脂
体を焼成容器に収容して行われる。焼成容器としては窒
化アルミニウムの焼成に使われる公知の容器が使用でき
る。具体的に例を挙げると、窒化アルミニウム製或いは
窒化ホウ素製の箱型の密閉容器が挙げられる。

【００４８】また、前記グリーン体や脱脂体と焼成容器
との間には、焼成による融着を防ぐため一般的に使用さ
れている敷粉を介在させても良い。敷粉としては、例え
ば窒化ホウ素等が挙げられる。

【００４９】ＨＰは、公知の方法が挙げられる。通常、
カーボン製の治具が用いられ、前記混合粉末、グリーン
体又は脱脂体が前記治具に収容される。被焼成物と接触
する治具の表面には、窒化ホウ素を塗布したり、カーボ
ンシートや粉末などをを配置すると、前記治具と被焼成
物との融着防止に効果的である。ＨＰの圧力の大きさは
公知の圧力の範囲であり、例えば、５〜５０ＭＰａで行
われる。

【００５０】このように、本発明の窒化アルミニウム焼
結体は、高い熱伝導率と温度依存性の小さい体積抵抗率
を併せ有する。また、焼結体の曲げ強度、誘電率、その
他焼結体物性値ならびに焼結体の外観も良好である。

【００５１】

【実施例】以下、本発明の方法を具体的に説明するため
実施例を示すが、本発明はこれらの実施例に限定される
ものではない。 １）窒化アルミニウム焼結体の平均粒子径の測定 焼結体の破断面で露出している３００個以上の窒化アル
ミニウム粒子について、モード法により求めた。

【００５２】２）窒化アルミニウム焼結体の密度の測定 アルキメデス法により測定し、相対密度を算出した。

【００５３】３）窒化アルミニウム焼結体を構成する結
晶相 焼結体の研削面でＸ線回折（ＸＲＤ）を行った。

【００５４】４）窒化アルミニウム焼結体に含有するマ
グネシウムの測定 焼結体の研削面で蛍光Ｘ線測定（ＸＲＦ）を行った。

【００５５】５）窒化アルミニウム焼結体の体積抵抗率
の測定 純度９９．９９９％以上の高純度窒素中において、ＪＩ
Ｓ２１４１に基づいて測定した。

【００５６】６）窒化アルミニウム焼結体の熱伝導率測
定 理学電気(株)製の熱定数測定装置ＰＳ−７を使用して、
レーザーフラッシュ法により測定した。厚み補正は検量
線により行った。

【００５７】実施例１〜８ 平均粒径が１．５μｍ、酸素濃度０．８ｗｔ％の窒化ア
ルミニウム粉末と、希土類酸化物として純度９９．９９
％以上で比表面積が１２．５ｍ^２／ｇの酸化イットリウ
ム粉末、および純度９９．９％以上で平均粒子径が０．
３９μｍのＭｇＡｌ_２Ｏ_４粉末を表１に示す配合量で加
えた。次いで、エタノールを溶媒として加え、ボールミ
ル混合、乾燥して得られた混合粉末をＣＩＰ成形し、直
径３８ｍｍ、厚さ４ｍｍのグリーン体を得た。

【００５８】このようにして得られたグリーン体を窒化
アルミニウム製の焼成容器に入れ、窒素雰囲気中、温度
１７８０℃で保持時間２０時間（実施例６は３５時間、
実施例7は５０時間）の常圧焼成を行い、相対密度９８
％以上の緻密な窒化アルミニウム焼結体を得た。各物質
の配合量、焼成条件等を表１に示す。

【００５９】前記焼結体のＸ線回折を行った。いずれの
窒化アルミニウム焼結体中にも窒化アルミニウム相を主
相とし窒化アルミニウムの不純物酸素と酸化イットリウ
ムが焼成時に反応して生成した複合酸化物相であるＹＡ
Ｇ（３Ｙ_２Ｏ_３・５Ａｌ_２Ｏ _３）相とＡｌ_５Ｏ_６Ｎ相お
よび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７相が存在した。

【００６０】さらに、蛍光Ｘ線測定により前記焼結体中
に含まれるマグネシウムの定量を行った。いずれの焼結
体にもマグネシウム成分を含有していた。

【００６１】前記焼結体の相対密度、体積抵抗率および
熱伝導率を表２に示す。実施例１〜８の焼結体は、本発
明の窒化アルミニウム焼結体を満足するものであった。

【００６２】実施例９、１０ 実施例１の窒化アルミニウム粉末、酸化イットリウム粉
末およびＭｇＡｌ_２Ｏ _４粉末を表１で示す配合量で混合
した。次いで、エタノールを溶媒として加え、ボールミ
ル混合し、乾燥して混合粉末を得た。この混合粉末を黒
鉛製のＨＰ治具に充填し、窒素雰囲気中、１８３０℃で
保持時間２０時間、２０ＭＰａの圧力でＨＰを行い、直
径４０ｍｍ、厚み３．５ｍｍで相対密度９９％以上の緻
密な焼結体を得た。

【００６３】前記焼結体のＸ線回折を行ったところ、窒
化アルミニウム相を主相とし、Ａｌ _５Ｏ_６Ｎ相およびＡ
ｌ_９Ｏ_３Ｎ_７相が存在した。

【００６４】さらに、蛍光Ｘ線測定により前記焼結体中
に含まれるマグネシウム定量を行ったところ、マグネシ
ウム成分を含有していた。

【００６５】前記焼結体の製造条件等を表１に、また相
対密度、体積抵抗率および熱伝導率を表２に示す。得ら
れた焼結体は、本発明の窒化アルミニウム焼結体を満足
するものであった。

【００６６】実施例１１ 実施例１の窒化アルミニウム粉末、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４粉末
および純度９９．９９％以上で平均粒子径１．３３μｍ
の酸化アルミニウムを表１で示す配合量で混合し、実施
例９と同様の操作を行った。

【００６７】前記焼結体のＸ線回折を行ったところ、窒
化アルミニウム相を主相とし、Ａｌ _５Ｏ_６Ｎ相およびＡ
ｌ_９Ｏ_３Ｎ_７相が存在した。

【００６８】さらに、蛍光Ｘ線測定により前記焼結体中
に含まれるマグネシウム定量を行ったところ、マグネシ
ウム成分を０．１６重量％含有していた。

【００６９】前記焼結体の製造条件等を表１に、またそ
の物性を表２に示す。得られた焼結体は、本発明の窒化
アルミニウム焼結体を満足するものであった。

【００７０】実施例１２ 実施例１の窒化アルミニウム粉末、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４粉末
を表１で示す配合量で混合し、実施例９と同様の操作を
行った。

【００７１】前記焼結体のＸ線回折を行ったところ、窒
化アルミニウム相を主相とし、Ａｌ _５Ｏ_６Ｎ相が存在し
た。

【００７２】さらに、蛍光Ｘ線測定により前記焼結体中
に含まれるマグネシウム定量を行ったところ、マグネシ
ウム成分を１．０７重量％含有していた。

【００７３】前記焼結体の製造条件等を表１に、またそ
の物性を表２に示す。得られた焼結体は、本発明の窒化
アルミニウム焼結体を満足するものであった。

【００７４】実施例１３、１４ 実施例１の窒化アルミニウム粉末に焼結助剤としてＭｇ
Ａｌ_２Ｏ_４粉末の代わりに純度９９．９％以上で平均粒
子径０．２μｍの酸化マグネシウムと酸化アルミニウム
を表１で示す配合量で混合したことを除いては、実施例
１と同様の操作を行った。その物性を表２に示す。得ら
れた焼結体は、本発明の窒化アルミニウム焼結体を満足
するものであった。

【００７５】比較例１ 実施例１の窒化アルミニウム粉末に焼結助剤として酸化
イットリウムを混合し、実施例１と同様の操作を行っ
た。Ｘ線回折を行ったところ、窒化アルミニウム相、Ｙ
ＡＧ相およびＡｌＹＯ_３相が存在していた。なお、Ａｌ
_５Ｏ_６Ｎ相およびＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７相の存在は確認出来な
かった。焼結体の製造条件等とその物性を表１および表
２に示す。

【００７６】比較例２ 焼成時の保持時間を３時間にしたことを除いては実施例
１と同様の操作を行った。Ｘ線回折を行ったところ、窒
化アルミニウム相、ＹＡＧ相およびＭｇＡｌ_２Ｏ_４相が
存在していた。焼結体の製造条件等とその物性を表１お
よび表２に示す。

【００７７】比較例３、４ 焼結体中のマグネシウムが０．１〜２．０重量％の範囲
外であることを除いては、実施例１と同様の操作を行っ
た。焼結体の製造条件等とその物性を表１および表２に
示す。

【００７８】比較例５ 実施例１の窒化アルミニウム粉末に焼結助剤として酸化
イットリウムおよび酸化アルミニウムを混合し、実施例
１と同様の操作を行った。Ｘ線回折を行ったところ、窒
化アルミニウム相、ＹＡＧ相およびＡｌ_５Ｏ_６Ｎ相が存
在した。焼結体中にマグネシウム成分は存在しなかっ
た。焼結体の製造条件等とその物性を表１および表２に
示す。

【００７９】比較例６ 実施例１の窒化アルミニウム粉末に焼結助剤として酸化
イットリウムおよび酸化マグネシウムを混合し、実施例
１と同様の操作を行った。Ｘ線回折を行ったところ、窒
化アルミニウム相、ＹＡＧ相が存在した。焼結体の製造
条件等とその物性を表１および表２に示す。

【００８０】

【表１】

【００８１】

【表２】

【００８２】

【発明の効果】本発明によれば、高熱伝導率で、幅広い
温度域で温度依存性の小さい体積抵抗率を有する窒化ア
ルミニウム焼結体が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるマグネシウムの存在量と体積抵
抗率の温度依存性との関係を示すグラフである。

【図２】本発明の一実施例における窒化アルミニウム焼
結体のＸ線回折ピークを示す図である。

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4G001 BA03 BA06 BA09 BA36 BB06 BB09 BB36 BC52 BC54 BC56 BD12 BD13 BD38 BE26

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】窒化アルミニウム焼結体マトリックス中
   に、Ａｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７の結晶相
   が分散存在しており、かつマグネシウムを０．１〜２重
   量％含有することを特徴とする窒化アルミニウム焼結
   体。
2. 【請求項２】Ｘ線回折のピーク強度面積から求めた、窒
   化アルミニウム結晶のピーク強度面積（２θ＝４９．５
   〜５０．５゜）に対するＡｌ_５Ｏ_６Ｎ結晶のピーク強度
   面積（２θ＝３１．０〜３２．０゜）およびＡｌ_９Ｏ_３
   Ｎ_７結晶のピーク強度面積（２θ＝７０．５〜７１．５
   ゜）の比率の和が窒化アルミニウム１に対して０．０２
   〜０．６０であることを特徴とする請求項１に記載の窒
   化アルミニウム焼結体。
3. 【請求項３】室温から８００℃の温度範囲における体積
   抵抗率が１×１０^１４〜１×１０^８Ω・ｃｍであること
   を特徴とする請求項１又は２記載の窒化アルミニウム焼
   結体。
4. 【請求項４】熱伝導率が６０Ｗ／ｍ・Ｋ以上である請求
   項１〜３のいずれかである窒化アルミニウム焼結体。
5. 【請求項５】窒化アルミニウム粉末１００重量部に対し
   て、マグネシウム成分を酸化マグネシウムとして１〜
   ４．２重量部、酸化アルミニウムとして２．５〜９重量
   部を含む混合物を成形し、焼成す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焼結体
   の製造方法。
6. 【請求項６】マグネシウム成分として酸化マグネシウム
   を、Ａｌ_５Ｏ_６Ｎおよび／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７成分とし
   て酸化アルミニウムをそれぞれ用い１７５０〜１９５０
   ℃で１５時間以上焼成することを特徴とする請求項５に
   記載の窒化アルミニウム焼結体の製造方法。
7. 【請求項７】マグネシウム成分およびＡｌ_５Ｏ_６Ｎおよ
   び／又はＡｌ_９Ｏ_３Ｎ_７成分としてＭｇＡｌ_２Ｏ_４を用
   い１７５０〜１９５０℃で１５時間以上焼成することを
   特徴とする請求項５に記載の窒化アルミニウム焼結体の
   製造方法。