JPH02141408A - 窒化アルミニウム粉末の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、窒化アルミニウム粉末の製造方法に関し、詳
しくは窒化アルミニウム基板等に用いられる不純物含量
が少なく、且つ粒子径の揃った窒化アルミニウム粉末の
製造方法に関する。

〔従来技術〕

近年マイクロエレクトロニクスの分野では益々高集積化
、高出力化を目指す傾向にあり、従来がら用いられてき
たアルミナ基板では半導体装用の放熱基板としては不十
分になってきている。その結果、窒化アルミニウム基板
が高熱伝導性、耐熱性、高絶縁性をもつ新しい放熱基板
として注目されている。

このように、窒化アルミニウム基板に用いられる窒化ア
ルミニウム粉末の製造方法としては、従来より以下に示
すような方法が知られている。

例えば、（１）金属アルミニウムを窒素あるいはアンモ
ニア雰囲気中で加熱する方法（特開昭５Ｏ−１６０１９
９）、（２）アルミナ粉末とカーボン粉末とを混合し、
窒素あるいはアンモニア雰囲気中で加熱する方法（特開
昭６Ｏ−１８０９０６）、（３）有機アルミニウム化合
物とアミン類との反応生成物を加熱処理する方法（特開
昭５３−６８７００）　、（４）塩化アルミニウムもし
くは臭化アルミニウムガスのいずれかあるいは両者の混
合ガスとアンモニアガスを気相反応させる方法（特開昭
５３−９１００８）等が挙げられる。

然しなから上記方法によれば、（１）の方法では、アル
ミニウムの融点と窒化温度とが近いため生成物が固結し
たり、原料中の不純物を除くことができないため高純度
品を製造することが困難である。（２）の方法では原料
であるアルミナの粒径と不純物がそのまま生成物段階ま
で保持され、（３）の方法においては生成物中の残留炭
素が多く除去が困難である。又（４）の方法では、副生
ずるハロゲン化水素ガスのために装置の腐食、廃ガス処
理等の問題が残されている。

また、有機アルミニウム化合物とアンモニアガスとを気
相で反応させて窒化アルミニウム粉末を製造する方法に
関しては、例えば、特開昭６３−６０１０２で既に述べ
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記特開昭６３−６０１０２号における
横型反応器を用いた場合には、反応帯域における生成粉
末の滞留時間のコントロールが難しく、そのために均一
な粒子径の粉末を得るのが困難であり、さらには平均粒
径が０．０５μｍと小さいために生成粉末中には、通常
数％〜十数％の酸素が含まれることになる。このことは
、窯業協会誌（Ｐ、９５出すことを特徴とするものであ
る。

本発明における有機アルミニウム化合物としては、トリ
アルキルアルミニウム及びジアルキルアルミニウムハラ
イドが使用でき、具体的には、トリメチルアルミニウム
、トリエチルアルミニウムトリイソブチルアルミニウム
、ジメチルアルミニウムハライド、ジエチルアルミニウ
ムハライド、ジイソブチルアルミニウムハライド等が挙
げられるが、工業的に大量生産されているトリエチルア
ルミニウム、トリイソブチルアルミニウムの使用が経済
面からしても有利である。

これら有機アルミニウム化合物は反応器へガス状で供給
することが重要である。液状で供給すると該化合物の蒸
発潜熱のために間欠的に反応器の安定性が阻害されるこ
とにより、生成窒化アルミニウムの粒子径が不揃いとな
り好ましくない。

ガス状で供給する方法としては、有機アルミニウム化合
物を加熱し蒸気分として供給してもよいが、窒素、水素
、ヘリウム、アルゴン等の非酸化性ガスもしくはこれら
の混合ガスをキャリャーガｖｏｌ　１２１９８７）に、
「焼結原料として用いる窒化アルミニウム中の含有酸素
は最も悪影響を及ぼす不純物であり、通常１％以下に制
御することが望まれる」と記載されていることからも好
ましくない。

また、反応器内壁面への生成粒子の付着による回収率の
低下を招き、長期運転に支障をきたす等の問題があった
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究した結果
、反応器を竪型にすることにより反応帯域における生成
粒子の滞留時間のコントロールが容易に行え、しかも生
成粒子の反応器内壁面への付着が少ないことを見出し本
発明を完成するに至ったものである。すなわち、本発明
の窒化アルミニウム粉末の製造方法は、有機アルミニウ
ム化合物とアンモニアとを気相で反応せしめ窒化アルミ
ニウムを製造する方法において、竪型反応器の下部より
ガス状有機アルミニウム化合物とアンモニアガスとを導
入し、該反応器の上部より未反応ガスとともに生成した
窒化アルミニウム粉末を取りスとした飽和蒸気として供
給してもよい。キャリヤーガスとしては経済的にも窒素
が好ましく用いられる。

上記ガス状有機アルミニウム化合物とアンモニアガスの
反応器への供給量としては、モル比で有機アルミニウム
化合物に対してアンモニアが１モル以上あれば良く、上
限は特に限定しないがこれらモル比は生成する粉体の粒
子径に直接影響を与えるため、通常は５０モル以下であ
る。モル比が余りに高いと、生成窒化アルミニウムに対
する過剰量のアンモニアの分解及び回収によるコストが
嵩む等により好ましくない。

反応器へ供給したガス状有機アルミニウム化合物とアン
モニアガスは、始めに２００°Ｃ以上の温度帯域で混合
される。この混合帯域は、反応帯域直下に位置するため
に該反応帯域の熱伝導により常時２００°Ｃ以上に保た
れている。次いで、６００’Ｃ以上、１２００°Ｃ以下
、好ましくは８００〜１０００°Ｃで反応を行う。混合
温度が２００°Ｃ以下であると窒化アルミニウムの前駆
体となるアルキルアルミニウムとアンモニアの錯体形成
反応が遅く、生成粒子間の粒子形や組成のバラツキの原
因となる。更に、用いる有機アルミニウム化合物により
異なるが、該化合物の沸点以上の温度を保たないと供給
口で液化し、反応が定常的に進まないばかりか供給口周
辺に有機アルミニウム化合物の液溜ができて危険である
。又、反応温度が６００°Ｃ以下では未分解のアルキル
基が残存し、１２００’Ｃ以上では副生ずる炭化水素ガ
スの熱分解で残留炭素が多くなり好ましくない。

本発明で重要なのは竪型の反応器を用い、該反応器を温
度分布による混合帯域と反応帯域とに分けられ、混合帯
域すなわち反応器下部に設けた供給口よりガス状有機ア
ルミニウム化合物とアンモニアガスを供給し混合する。

次いで混合された反応性ガスは、反応帯域において加熱
され反応した生成物は上昇流となり反応器上部より未反
応ガスとともに取り出される。次いで生成物補集器に送
られ通常のフィルター、例えば焼結フィルターにより生
成物と未反応ガスとに分離され生成物とし第１図に示す
反応装置を用い、加熱帯（１）により１０００°Ｃに加
熱保持した反応器（２）の下部に流量調節計（５）で調
節しながら供給管（６）を通じてアンモニアガスを、一
方供給管（７）を通じてトリエチルアルミニウムを入れ
た有機アルミニウム化合物容器（４）を予熱帯００）で
１６０’Ｃに加温するとともに窒素ガスを流量調節計（
５）で調節しなから３６　Ｉ！、／ｈの速度で吹き込み
トリエチルアルミニウムの飽和ガスとして供給した。こ
の時のアンモニアガスとトリエチルアルミニウムガスの
モル比は、１９：１であった。この混合ゾーンで充分混
合された反応性ガスは上昇流となり反応帯域で生成した
粒子は反応器（２）上部より未反応ガスとともに取り出
され、抜き出し管（８）を通じ窒化アルミニウム粉末補
集器（３）に導かれ、内装されたフィルター（９）によ
る上部より未反応ガスが、下部よりは反応生成物として
窒化アルミニウム粉末が取り出される。この得られた粉
末は淡黄色の微粉末で、Ｘ線回折の結果非晶質の窒化ア
ルミニウム粉末であった。この粉末の比表面積は１３．
６ｒｒｆ／ｇであり、走査型電子顕微鏡で観察した結て
非晶質の窒化アルミニウム粉末が回収される。

次いで、未反応ガスはそのまま回収或いは処理され、更
には必要に応じて反応系または原料としてリザイクルし
てもよい。

上記方法により得られた窒化アルミニウムは非晶質の粉
末であり、これらを更に１４００’Ｃ以上で焼成するこ
とにより粒子径が０．１〜０．５μｍの非常に粒子径の
揃った結晶質窒化アルミニウムを得ることができる。

〔作用〕

反応器を竪型にすることにより、横型に設置した反応器
に比べ反応器内壁への生成粒子の付着が極めて少なく、
且つ粒子径の揃った窒化アルミニウム粉末が得られる。

これらの理由は明確でなし）が、反応器内ガスの自然対
流に逆られない形で反応ガス流を作ることにより、逆拡
散の少ない反応ゾーンが得られることによると考えられ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により更に説明する。

実施例−１ 果、粒子は球状で凝集は認められなかった。

このようにして得られた非晶質の窒化アルミニウム粉末
をグラファイトボートに取り、電気炉を用いて窒素ガス
気流下、３００°Ｃ／ｈの速度で１５００°Ｃまで加熱
して白色の粉末を得た。この粉末の比表面積は１２．８
ｒｒｆ／ｇであり、Ｘ線回折で測定したピークは窒化ア
ルミニウムのパターンと完全に一致した非常に粒子径の
揃った粉末として得られた。

また、反応系内に供給したトリエチルアルミニウムに対
する結晶質窒化アルミニウムの回収率は９２χであり、
反応管内壁への付着は殆ど認められなかった。

実施例−２ トリエチルアルミニウムに代えトリイソブチルアルミニ
ウムを用いた他は実施例−１と同様にした。得られた非
晶質及び結晶質窒化アルミニウムの比表面積は各々１８
．フイ／ｇ、　１６．３イ／ｇであり、トリイソブチル
アルミニウムに対する結晶質窒化アルミニウムの回収率
は９１χであった。また、走査型電子顕微鏡で観察した
粒子は実施例−１と同様に粒子径の揃った粉末であった
。

比較例−１ 第１図に示した反応器を横型に設置し、反応ガス流を水
平にした他は実施例−１と同様にした。反応管内壁への
付着が特に土壁部に激しく、供給したトリエチルアルミ
ニウムに対する結晶質窒化アルミニウムの回収率は６３
χと低かった。また、得られた非晶質及び結晶質窒化ア
ルミニウムの比表面積は各々１０．６ｎτ／ｇ、６．３
イ／ｇであり、結晶化による比表面積の変化が大きい。

走査型電子顕微鏡で観察したところ非晶賞品には多量の
微粒子を含み粒子径のバラツキが大きく、結晶化におい
てこれら微粒子が溶融し凝集した形跡が見られた。

比較例−２ 第１図に示した反応器の上部抜き出し管と下部供給管を
入れ換え、反応ガス流を下降流とした他は実施例−１と
同様にした。得られた非晶賞品は灰黒色の部分を含んで
おり、比表面積も２６．１ｒｒｒ／ｇと大きく、また、
供給したトリエチルアルミニウムに対する非晶質窒化ア
ルミニウムの回収率（非晶質粉体を１００χの窒化アル
ミニウムとして算出）は２６．７χと極端に低かった。

〔発明の効果〕

本発明の竪型反応器を用いることにより、反応帯域にお
ける生成粒子の滞留時間のコントロールが容易に行え、
且つ、生成粒子の反応器内壁への付着が少ない粒子径の
揃った窒化アルミニウム粉末を高収率で得ることがでる
経済的な製造方法を提供でき、工業的に優位である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示した窒化アルミニウム粉
末の製造方法におけるフロー図である。 ■＝加熱帯 ２：反応器 ３：窒化アルミニウム粉末補集器 ４：有機アルミニウム化合物容器 ５：流量調節計 ６：アンモニアガス供給管 ７：有機アルミニウム化合物供給管 ８：抜き出し管 ９：フィルター １０：予熱帯 特許出願人　三井東圧化学株式会社 第

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 有機アルミニウム化合物とアンモニアとを気相で反応せ
   しめ窒化アルミニウムを製造する方法において、竪型反
   応器の下部よりガス状有機アルミニウム化合物とアンモ
   ニアガスとを導入し、該反応器の上部より未反応ガスと
   ともに生成した窒化アルミニウム粉末を取り出すことを
   特徴とする窒化アルミニウム粉末の製造方法。