JP2619888B2 - 窒化アルミニウムの製造方法 - Google Patents
窒化アルミニウムの製造方法Info
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- C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
- C01B21/072—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with aluminium
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- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は窒化アルミニウムの製造方法に関する。
従来、窒化アルミニウムは、例えばAl金属の直接窒
化法、Al化合物の炭素還元窒化法、気相合成法、に
より製造されている。
化法、Al化合物の炭素還元窒化法、気相合成法、に
より製造されている。
このうちの気相合成法としては以下のような方法が
知られている。
知られている。
（ａ）有機金属化学気相成長法（MO−CVD）による方法 800〜1300℃の水素雰囲気で、NH3とトリメチルアルミ
ニウム（TMA）とを供給することにより基板上にAlN薄膜
を形成する方法（Jpn.J.Appl.Phys.,20,No.1,pp.17〜23
（1981））。
ニウム（TMA）とを供給することにより基板上にAlN薄膜
を形成する方法（Jpn.J.Appl.Phys.,20,No.1,pp.17〜23
（1981））。
（ｂ）ハロゲン化アルミニウムを使用した化学気相成長
法による方法 400〜900℃のH2流通系で、AlBr3とNH3とを供給するこ
とによりAlN薄膜を製造する方法〔J.Electrochem.Soc.,
129,No.5,pp.1045〜1052（1982））。
法による方法 400〜900℃のH2流通系で、AlBr3とNH3とを供給するこ
とによりAlN薄膜を製造する方法〔J.Electrochem.Soc.,
129,No.5,pp.1045〜1052（1982））。
しかしながら、（ａ）の方法では、使用される有機ア
ルミニウム化合物が高価であるばかりでなく、常温での
蒸気圧が低く、これを安価に供給するためには複雑な制
御系が必要となる。
ルミニウム化合物が高価であるばかりでなく、常温での
蒸気圧が低く、これを安価に供給するためには複雑な制
御系が必要となる。
また、（ｂ）の方法では、使用されるハロゲン化アル
ミニウムが常温で固体であり、これを安定に供給するた
めには、導入路を含めて複雑な制御系が必要となる。
ミニウムが常温で固体であり、これを安定に供給するた
めには、導入路を含めて複雑な制御系が必要となる。
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので
あり、複雑な制御系を必要とする有機アルミニウム化合
物やハロゲン化アルミニウムを原料として供給すること
なく窒化アルミニウムを製造することができる方法を提
供することを目的とする。
あり、複雑な制御系を必要とする有機アルミニウム化合
物やハロゲン化アルミニウムを原料として供給すること
なく窒化アルミニウムを製造することができる方法を提
供することを目的とする。
本発明の窒化アルミニウムの製造方法は、加熱したAl
2O3にNH3を含むガスを接触させてガス状Al2O3還元反応
生成物を生成させ、さらに上記ガス状Al2O3還元反応生
成物とNH3を含むガスとを反応させることを特徴とする
ものである。
2O3にNH3を含むガスを接触させてガス状Al2O3還元反応
生成物を生成させ、さらに上記ガス状Al2O3還元反応生
成物とNH3を含むガスとを反応させることを特徴とする
ものである。
なお、本発明においては、反応炉内を還元気化室と窒
化室とに区分し、還元気化室にAl2O3を収容して所定温
度に加熱するとともに、窒化室を所定温度に加熱した状
態で、反応炉内にNH3を含むガスを導入し、上記還元気
化室でガス状のAl2O3還元反応生成物を生成させた後、
これを上記窒化室で窒化してAlNを生成させることが望
ましい。また、この場合Al2O3を収容した還元気化室の
温度は1000〜2000℃に、窒化室の温度は500〜1800℃に
することが望ましい。
化室とに区分し、還元気化室にAl2O3を収容して所定温
度に加熱するとともに、窒化室を所定温度に加熱した状
態で、反応炉内にNH3を含むガスを導入し、上記還元気
化室でガス状のAl2O3還元反応生成物を生成させた後、
これを上記窒化室で窒化してAlNを生成させることが望
ましい。また、この場合Al2O3を収容した還元気化室の
温度は1000〜2000℃に、窒化室の温度は500〜1800℃に
することが望ましい。
本発明において、原料となるAl2O3は、粉末、粒状、
ブロック状など形状はどのようなものでもよい。また、
結晶状態などの性状も特に限定されない。なお、高純度
なAlNを得るためには、原料のAl2O3もある程度高純度で
あることが好ましい。ただし、原料のAl2O3を1400℃程
度で前加熱することにより、アルカリ金属などの不純物
は除去することができる。
ブロック状など形状はどのようなものでもよい。また、
結晶状態などの性状も特に限定されない。なお、高純度
なAlNを得るためには、原料のAl2O3もある程度高純度で
あることが好ましい。ただし、原料のAl2O3を1400℃程
度で前加熱することにより、アルカリ金属などの不純物
は除去することができる。
本発明において、反応ガスとしてはNH3を含むものが
用いられ、NH3ガス単独でもよいし、NH3ガス分圧を制御
する目的でNH3ガスとAr、He、N2、H2などの非酸化性ガ
スとの混合ガスでもよい。なお、混合ガスを用いる場
合、NH3の分解を抑制するために、NH3ガスとN2ガス又は
H2ガスとの混合ガスとすることが望ましい。また、混合
ガスを使用する場合、NH3ガスはモル比で１×10-2以上
含まれていることが望ましい。また、高純度なAlNを得
るためには、これらのガスはある程度高純度であること
が望ましい。
用いられ、NH3ガス単独でもよいし、NH3ガス分圧を制御
する目的でNH3ガスとAr、He、N2、H2などの非酸化性ガ
スとの混合ガスでもよい。なお、混合ガスを用いる場
合、NH3の分解を抑制するために、NH3ガスとN2ガス又は
H2ガスとの混合ガスとすることが望ましい。また、混合
ガスを使用する場合、NH3ガスはモル比で１×10-2以上
含まれていることが望ましい。また、高純度なAlNを得
るためには、これらのガスはある程度高純度であること
が望ましい。
本発明において、反応炉を上述したような構成とした
場合、まず還元気化室においてAl2O3とNH3とが反応して
AlHx又はAlHxOyで表わされるガス状の還元反応生成物が
生成する。次に、窒化室においてガス状の還元反応生成
物とNH3とが反応してAlNが生成する。
場合、まず還元気化室においてAl2O3とNH3とが反応して
AlHx又はAlHxOyで表わされるガス状の還元反応生成物が
生成する。次に、窒化室においてガス状の還元反応生成
物とNH3とが反応してAlNが生成する。
本発明において、上述した還元気化室の温度は1000〜
2000℃であることが望ましいとしたのは以下のような理
由による。すなわち、Al2O3のNH3による還元反応の速度
は、温度とともに指数関数的に変化する。このため、反
応温度が1000℃未満では還元反応が遅く、Al2O3還元反
応生成物を供給できなくなる。しかし、反応温度が2000
℃を超えると還元反応が速すぎてAl2O3還元反応生成物
の適切な制御ができなくなる。なお、還元気化室の温度
は1200〜1600℃とすることがより好ましい。また、還元
反応速度は、原料であるAl2O3の表面積や各種性状によ
り変化するが、Al2O3還元反応生成物を安定的に供給す
るにはそれに応じて反応温度を制御すればよい。
2000℃であることが望ましいとしたのは以下のような理
由による。すなわち、Al2O3のNH3による還元反応の速度
は、温度とともに指数関数的に変化する。このため、反
応温度が1000℃未満では還元反応が遅く、Al2O3還元反
応生成物を供給できなくなる。しかし、反応温度が2000
℃を超えると還元反応が速すぎてAl2O3還元反応生成物
の適切な制御ができなくなる。なお、還元気化室の温度
は1200〜1600℃とすることがより好ましい。また、還元
反応速度は、原料であるAl2O3の表面積や各種性状によ
り変化するが、Al2O3還元反応生成物を安定的に供給す
るにはそれに応じて反応温度を制御すればよい。
本発明において、上述した窒化室の温度は500〜1800
℃であることが望ましいとしたのは、500℃未満ではAl2
O3還元反応生成物が完全に窒化されず、一方1800℃を超
えると生成したAlNが団粒化し、更に高温になるとAlNが
分解するためである。なお、窒化室の温度は800〜1600
℃とすることがより好ましい。
℃であることが望ましいとしたのは、500℃未満ではAl2
O3還元反応生成物が完全に窒化されず、一方1800℃を超
えると生成したAlNが団粒化し、更に高温になるとAlNが
分解するためである。なお、窒化室の温度は800〜1600
℃とすることがより好ましい。
本発明において、窒化室には基板を設置して基板上に
AlN薄膜を堆積させてもよいし、窒化室は何も設置せず
に窒化室にAlN粉末を析出させてもよい。
AlN薄膜を堆積させてもよいし、窒化室は何も設置せず
に窒化室にAlN粉末を析出させてもよい。
また、反応炉内の圧力は目的とするAlNの形状との関
係で適当に設定されるが、上記のようにAlN粉末を製造
する場合には減圧でもよいし常圧でもよく、AlN薄膜を
製造する場合には減圧とすることが望ましい。
係で適当に設定されるが、上記のようにAlN粉末を製造
する場合には減圧でもよいし常圧でもよく、AlN薄膜を
製造する場合には減圧とすることが望ましい。
更に、還元気化室と窒化室との間に、ケイ素化合物ガ
ス又はホウ素化合物ガスの供給管（非還元性ガスを同時
に供給する場合もある）を設け、これらをAl2O3還元反
応生成物ともに窒化室へ導入すれば、AlN−Si3N4又はAl
N−BNの複合薄膜又は複合粉末を製造することもでき
る。
ス又はホウ素化合物ガスの供給管（非還元性ガスを同時
に供給する場合もある）を設け、これらをAl2O3還元反
応生成物ともに窒化室へ導入すれば、AlN−Si3N4又はAl
N−BNの複合薄膜又は複合粉末を製造することもでき
る。
このような方法によれば、Al源となるガス（Al2O3還
元反応生成物）の窒化室への導入量は、還元気化室の温
度とNH3を含むガスの流量によって容易に制御すること
ができる。したがって、従来の気相成長法のように有機
アルミニウム化合物やハロゲン化アルミニウムを用いる
必要がなく、複雑な制御系が不要となる。
元反応生成物）の窒化室への導入量は、還元気化室の温
度とNH3を含むガスの流量によって容易に制御すること
ができる。したがって、従来の気相成長法のように有機
アルミニウム化合物やハロゲン化アルミニウムを用いる
必要がなく、複雑な制御系が不要となる。
以下、本発明の実施例を説明する。
実施例１ 第１図はAlN薄膜を形成するために用いられる反応装
置の構成図である。第１図において、反応炉１の外周の
２個所にはヒータ2,3が設置され、これらヒータ2,3によ
って加熱される反応炉１内の領域がそれぞれ還元気化室
４及び窒化室５となっている。還元気化室４にはAl2O36
が収容される。また、窒化室５にはサセプタ７が設置さ
れ、このサセプタ７上に基板８が載せられる。また、反
応炉１には、還元気化室４側に供給管９が接続され、一
方窒化室５側に排気管10が接続され更に図示しないロー
タリーポンプ等に接続されている。この供給管９からNH
3含有ガスが供給される。
置の構成図である。第１図において、反応炉１の外周の
２個所にはヒータ2,3が設置され、これらヒータ2,3によ
って加熱される反応炉１内の領域がそれぞれ還元気化室
４及び窒化室５となっている。還元気化室４にはAl2O36
が収容される。また、窒化室５にはサセプタ７が設置さ
れ、このサセプタ７上に基板８が載せられる。また、反
応炉１には、還元気化室４側に供給管９が接続され、一
方窒化室５側に排気管10が接続され更に図示しないロー
タリーポンプ等に接続されている。この供給管９からNH
3含有ガスが供給される。
上記装置を用い、炉内圧力を2.0Torrとし、ヒータ２
及び３に通電して、Al2O36が収容された還元気化室４の
温度を1400℃に、窒化室５の温度を1200℃に設定し、供
給管９からモル比で1:1（いずれも流量は0.30/min）
のNH3−N2混合ガスを供給したところ、基板８上にAlN薄
膜11が形成された。
及び３に通電して、Al2O36が収容された還元気化室４の
温度を1400℃に、窒化室５の温度を1200℃に設定し、供
給管９からモル比で1:1（いずれも流量は0.30/min）
のNH3−N2混合ガスを供給したところ、基板８上にAlN薄
膜11が形成された。
得られたAlN薄膜は、密度3.2g/cm3、ビッカース硬度
（Hv）1000、酸素量0.6wt％であった。
（Hv）1000、酸素量0.6wt％であった。
実施例２ 第２図において、第１図と異なるのは、窒化室５に基
板８（及びサセプタ７）を設置していないことである。
この装置を用い、炉内圧力を30.0Torrとし、それぞれ還
元気化室４の温度を1400℃に、窒化室５の温度を1600℃
に設定し、供給管９からモル比で1:1（いずれも流量は
0.45/min）のNH3−N2混合ガスを供給したところ、窒
化室５にAlN粉末12が析出した。
板８（及びサセプタ７）を設置していないことである。
この装置を用い、炉内圧力を30.0Torrとし、それぞれ還
元気化室４の温度を1400℃に、窒化室５の温度を1600℃
に設定し、供給管９からモル比で1:1（いずれも流量は
0.45/min）のNH3−N2混合ガスを供給したところ、窒
化室５にAlN粉末12が析出した。
実施例３ 第３図において、第１図と異なるのは、還元気化室４
と窒化室５との間に別系統の供給管13が設けられている
ことだけである。この装置を用い、炉内圧力を3.0Torr
とし、それぞれ還元気化室４の温度を1350℃に、窒化室
５の温度を1400℃に設定し、それぞれ供給管９からモル
比で1:1（いずれも流量は0.60/min）のNH3−N2混合ガ
スを、供給管13からモル比で1:1（いずれも流量は0.18
/min）のSiCl4−N2混合ガスを供給したところ、基板
８上にAlN−Si3N4複合薄膜14が形成された。
と窒化室５との間に別系統の供給管13が設けられている
ことだけである。この装置を用い、炉内圧力を3.0Torr
とし、それぞれ還元気化室４の温度を1350℃に、窒化室
５の温度を1400℃に設定し、それぞれ供給管９からモル
比で1:1（いずれも流量は0.60/min）のNH3−N2混合ガ
スを、供給管13からモル比で1:1（いずれも流量は0.18
/min）のSiCl4−N2混合ガスを供給したところ、基板
８上にAlN−Si3N4複合薄膜14が形成された。
実施例４ 第４図において、第３図と異なるのは、窒化室５に基
板８（及びサセプタ７）を設置していないことである。
この装置を用い、炉内圧力を30.0Torrとし、それぞれ還
元気化室４の温度を1350℃に、窒化室５の温度を1700℃
に設定し、それぞれ供給管９からモル比で1:1（いずれ
も流量は0.90/min）のNH3−N2混合ガスを、供給管13
からモル比で1:1（いずれも流量は0.18/min）のSiCl4
−N2混合ガスを供給したところ、基板８上にAlN−Si3N4
複合粉末15が析出した。
板８（及びサセプタ７）を設置していないことである。
この装置を用い、炉内圧力を30.0Torrとし、それぞれ還
元気化室４の温度を1350℃に、窒化室５の温度を1700℃
に設定し、それぞれ供給管９からモル比で1:1（いずれ
も流量は0.90/min）のNH3−N2混合ガスを、供給管13
からモル比で1:1（いずれも流量は0.18/min）のSiCl4
−N2混合ガスを供給したところ、基板８上にAlN−Si3N4
複合粉末15が析出した。
実施例５ 第５図の装置は、構成的には第３図の装置と全く同一
である。この装置を用い、炉内圧力を3.0Torrとし、そ
れぞれ還元気化室４の温度を1350℃に、窒化室５の温度
を1600℃に設定し、それぞれ供給管９からモル比で1:1
（いずれも流量は0.60/min）のNH3−N2混合ガスを、
供給管13からモル比で1:1（いずれも流量は0.10/mi
n）のBCl3−N2混合ガスを供給したところ、基板８上にA
lN−BN複合薄膜16が形成された。
である。この装置を用い、炉内圧力を3.0Torrとし、そ
れぞれ還元気化室４の温度を1350℃に、窒化室５の温度
を1600℃に設定し、それぞれ供給管９からモル比で1:1
（いずれも流量は0.60/min）のNH3−N2混合ガスを、
供給管13からモル比で1:1（いずれも流量は0.10/mi
n）のBCl3−N2混合ガスを供給したところ、基板８上にA
lN−BN複合薄膜16が形成された。
実施例６ 第６図の装置は、構成的には第４図の装置と全く同一
である。この装置を用い、炉内圧力を30.0Torrとし、そ
れぞれ還元気化室４の温度を1350℃に、窒化室５の温度
を1800℃に設定し、それぞれ供給管９からモル比で1:1
（いずれも流量は0.90/min）のNH3−N2混合ガスを、
供給管13からモル比で1:1（いずれも流量は0.10/mi
n）のBCl3−N2混合ガスを供給したところ、基板８畳にA
lN−BN複合粉末17が析出した。
である。この装置を用い、炉内圧力を30.0Torrとし、そ
れぞれ還元気化室４の温度を1350℃に、窒化室５の温度
を1800℃に設定し、それぞれ供給管９からモル比で1:1
（いずれも流量は0.90/min）のNH3−N2混合ガスを、
供給管13からモル比で1:1（いずれも流量は0.10/mi
n）のBCl3−N2混合ガスを供給したところ、基板８畳にA
lN−BN複合粉末17が析出した。
以上詳述したように本発明方法によれば、複雑な制御
系を必要とせず、低コストで窒化アルミニウムを製造す
ることができる。
系を必要とせず、低コストで窒化アルミニウムを製造す
ることができる。
第１図〜第６図はそれぞれ本発明の実施例１〜実施例６
において用いられた反応装置の構成図である。 １……反応炉、2,3……ヒータ、４……還元気化室、５
……窒化室、６……Al2O3、７……サセプタ、８……基
板、９……供給管、10……排気管、13……供給管。
において用いられた反応装置の構成図である。 １……反応炉、2,3……ヒータ、４……還元気化室、５
……窒化室、６……Al2O3、７……サセプタ、８……基
板、９……供給管、10……排気管、13……供給管。
Claims (1)
- 【請求項１】加熱したAl2O3にNH3を含むガスを接触させ
てガス状Al2O3還元反応生成物を生成させ、さらに上記
ガス状Al2O3還元反応生成物とNH3を含むガスとを反応さ
せることを特徴とする窒化アルミニウムの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62313428A JP2619888B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 窒化アルミニウムの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62313428A JP2619888B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 窒化アルミニウムの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01153511A JPH01153511A (ja) | 1989-06-15 |
| JP2619888B2 true JP2619888B2 (ja) | 1997-06-11 |
Family
ID=18041179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62313428A Expired - Lifetime JP2619888B2 (ja) | 1987-12-11 | 1987-12-11 | 窒化アルミニウムの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2619888B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112299385B (zh) * | 2020-10-10 | 2021-05-07 | 浙江宇耀新材料有限公司 | 一种纳米氮化铝粉体合成生产线 |
| CN115181923A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-10-14 | 浙江兴昌风机有限公司 | 一种铝材基底离子氮化制备氮化铝薄膜的方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5884107A (ja) * | 1982-09-24 | 1983-05-20 | Shunpei Yamazaki | プラズマ窒化法 |
-
1987
- 1987-12-11 JP JP62313428A patent/JP2619888B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01153511A (ja) | 1989-06-15 |
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