JP2000307378A - ランガサイト単結晶ウェーハ及びその製造方法 - Google Patents
ランガサイト単結晶ウェーハ及びその製造方法Info
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- JP2000307378A JP2000307378A JP11505699A JP11505699A JP2000307378A JP 2000307378 A JP2000307378 A JP 2000307378A JP 11505699 A JP11505699 A JP 11505699A JP 11505699 A JP11505699 A JP 11505699A JP 2000307378 A JP2000307378 A JP 2000307378A
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- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 弾性表面波の伝搬損失を低下させる。
【解決手段】 弾性波の伝搬方向がオイラー角（φ，
θ，ψ）で表示されるランガサイト単結晶ウェーハを、
φ´＝φ±１２°、θ´＝θ±１２°の方向で育成され
たランガサイト単結晶より作製する。
θ，ψ）で表示されるランガサイト単結晶ウェーハを、
φ´＝φ±１２°、θ´＝θ±１２°の方向で育成され
たランガサイト単結晶より作製する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性波が伝搬する
デバイス、特に弾性表面波デバイスの製造に使用される
ランガサイト（Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４）単結晶ウェ
ーハ及びその製造方法に関する。
デバイス、特に弾性表面波デバイスの製造に使用される
ランガサイト（Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１４）単結晶ウェ
ーハ及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】弾性表面波デバイスは、電気信号を弾性
表面波に変換して信号処理を行う回路素子であり、携帯
電話等の小型で軽量な無線通信装置のフィルタや共振器
に広く利用されている。この弾性表面波デバイスの製造
には、水晶、ＬｉＮｂＯ３ 、ＬｉＴａＯ３ 等の圧電単
結晶からなる単結晶ウェーハが使用され、無線通信シス
テムの仕様に合わせて、適宜、適切な材料及び方位等が
選択されている（清水、信学論Ａ、Ｊ７６−Ａ、１２９
−１３７（１９９３））。
表面波に変換して信号処理を行う回路素子であり、携帯
電話等の小型で軽量な無線通信装置のフィルタや共振器
に広く利用されている。この弾性表面波デバイスの製造
には、水晶、ＬｉＮｂＯ３ 、ＬｉＴａＯ３ 等の圧電単
結晶からなる単結晶ウェーハが使用され、無線通信シス
テムの仕様に合わせて、適宜、適切な材料及び方位等が
選択されている（清水、信学論Ａ、Ｊ７６−Ａ、１２９
−１３７（１９９３））。
【０００３】弾性表面波デバイスの製造は、まず、適当
な単結晶育成法により育成された圧電単結晶を、所定の
形状、方位に切断して、研削加工を行い、さらに弾性表
面波が伝搬する面に鏡面研磨加工を施して、単結晶ウェ
ーハを作製する。次に、一般にアルミニウム膜を単結晶
ウェーハに成膜する。そして、フォトリソグラフィー等
の微細加工技術を利用して、所定形状を有する櫛形電極
を形成した後、チップ状に切り出すことにより、弾性表
面波デバイスが製造される。
な単結晶育成法により育成された圧電単結晶を、所定の
形状、方位に切断して、研削加工を行い、さらに弾性表
面波が伝搬する面に鏡面研磨加工を施して、単結晶ウェ
ーハを作製する。次に、一般にアルミニウム膜を単結晶
ウェーハに成膜する。そして、フォトリソグラフィー等
の微細加工技術を利用して、所定形状を有する櫛形電極
を形成した後、チップ状に切り出すことにより、弾性表
面波デバイスが製造される。
【０００４】近年、単結晶ウェーハの原料として、ラン
ガサイト（Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１ ４）の圧電単結晶が
注目されている。ランガサイトは、当初、レーザ用結晶
として見出された公知の物質であるが（Ａ．Ａ．Ｋａｍ
ｉｎｓｋｉｉ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓ
ｏｌ．（ａ），８０，３８７−３９８，（１９８
３））、大きな圧電定数を有することから、弾性バルク
波及び弾性表面波の特性が良好となる最適方位の探索が
精力的に行われてきた。その結果、一般に、弾性バルク
波では、Ｙカット（Ｖ．Ｖ．Ｂｅｚｄｅｌｋｉｎ ｅｔ
ａｌ．，Ｊｏｕｎａｌ ｄｅ Ｐｈｙｓｉｑｕｅ，
４，１３９−１５６，（１９９４））、弾性表面波で
は、Ｘカット（佐藤他、弾性波素子技術第１５０委員会
第５１回研究会資料、２１−２７、（１９９７））、５
０°回転Ｙカット（井上他、第１８回超音波エレクトロ
ニクスシンポジウム講演予行集、ＯＥ５、９−１０、
（１９９７））等で良好な特性を有することが知られて
いる。また、ランガサイト単結晶の育成例については、
単結晶育成方向がＺ軸、直径５０ｍｍで、チョクラルス
キー法により育成したものが多数報告されている（Ａ．
Ｎ．Ｇｏｔａｌｓｋａｙａ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ
Ｆｒｅｑ．Ｃｔｒｌ．Ｓｙｍｐ．，３３９−３４７，
（１９９３）等参照）。
ガサイト（Ｌａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ１ ４）の圧電単結晶が
注目されている。ランガサイトは、当初、レーザ用結晶
として見出された公知の物質であるが（Ａ．Ａ．Ｋａｍ
ｉｎｓｋｉｉ ｅｔ ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓ
ｏｌ．（ａ），８０，３８７−３９８，（１９８
３））、大きな圧電定数を有することから、弾性バルク
波及び弾性表面波の特性が良好となる最適方位の探索が
精力的に行われてきた。その結果、一般に、弾性バルク
波では、Ｙカット（Ｖ．Ｖ．Ｂｅｚｄｅｌｋｉｎ ｅｔ
ａｌ．，Ｊｏｕｎａｌ ｄｅ Ｐｈｙｓｉｑｕｅ，
４，１３９−１５６，（１９９４））、弾性表面波で
は、Ｘカット（佐藤他、弾性波素子技術第１５０委員会
第５１回研究会資料、２１−２７、（１９９７））、５
０°回転Ｙカット（井上他、第１８回超音波エレクトロ
ニクスシンポジウム講演予行集、ＯＥ５、９−１０、
（１９９７））等で良好な特性を有することが知られて
いる。また、ランガサイト単結晶の育成例については、
単結晶育成方向がＺ軸、直径５０ｍｍで、チョクラルス
キー法により育成したものが多数報告されている（Ａ．
Ｎ．Ｇｏｔａｌｓｋａｙａ ｅｔ ａｌ．，ＩＥＥＥ
Ｆｒｅｑ．Ｃｔｒｌ．Ｓｙｍｐ．，３３９−３４７，
（１９９３）等参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ランガ
サイト単結晶からなるウェーハを使用した弾性表面波フ
ィルタは、弾性表面波の伝搬損失が大きくなるという問
題があった。弾性表面波の伝搬損失は、櫛形電極の設計
や製作技術に大きく依存するため、詳細にそれらを検討
して、上記問題の原因を調べたが、それでも、なお原因
不明の大きな伝搬損失が存在していた。
サイト単結晶からなるウェーハを使用した弾性表面波フ
ィルタは、弾性表面波の伝搬損失が大きくなるという問
題があった。弾性表面波の伝搬損失は、櫛形電極の設計
や製作技術に大きく依存するため、詳細にそれらを検討
して、上記問題の原因を調べたが、それでも、なお原因
不明の大きな伝搬損失が存在していた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者らは、
伝搬損失の原因が育成された単結晶にあると考え、詳細
に解析したところ、弾性表面波の伝搬方向とランガサイ
ト単結晶の育成方向が平行な場合に、弾性表面波の伝搬
損失が最も大きくなることが判明した。この原因は、単
結晶育成中の微小な温度揺らぎによるものと推察され
た。そこで、弾性表面波の伝搬方向とランガサイト単結
晶の育成方向が垂直の場合における弾性表面波の伝搬損
失を調べたところ、伝搬損失が最も小さくなることを見
出し、この知見に基づき、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、弾性波の伝搬方向がオイラー角
（φ，θ，ψ）で表示されるランガサイト単結晶ウェー
ハを、φ´＝φ±１２°、θ´＝θ±１２°の方向で育
成されたランガサイト単結晶より作製することを特徴と
するランガサイト単結晶ウェーハの製造方法及びこの製
造方法により得られるランガサイト単結晶ウェーハであ
る。
伝搬損失の原因が育成された単結晶にあると考え、詳細
に解析したところ、弾性表面波の伝搬方向とランガサイ
ト単結晶の育成方向が平行な場合に、弾性表面波の伝搬
損失が最も大きくなることが判明した。この原因は、単
結晶育成中の微小な温度揺らぎによるものと推察され
た。そこで、弾性表面波の伝搬方向とランガサイト単結
晶の育成方向が垂直の場合における弾性表面波の伝搬損
失を調べたところ、伝搬損失が最も小さくなることを見
出し、この知見に基づき、本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、弾性波の伝搬方向がオイラー角
（φ，θ，ψ）で表示されるランガサイト単結晶ウェー
ハを、φ´＝φ±１２°、θ´＝θ±１２°の方向で育
成されたランガサイト単結晶より作製することを特徴と
するランガサイト単結晶ウェーハの製造方法及びこの製
造方法により得られるランガサイト単結晶ウェーハであ
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の特徴は、上記したよう
に、弾性波の伝搬方向がオイラー角（φ，θ，ψ）で表
示されるランガサイト単結晶ウェーハが、φ´＝φ±１
２°、θ´＝θ±１２°の方向で育成されたランガサイ
ト単結晶より作製される点にある。ここで、オイラー角
表示による弾性表面波の伝搬方向とランガサイト単結晶
の育成方向について説明する。オイラー角表示は、弾性
表面波の伝搬方向を記載する場合に広く利用され、図４
に示すように（φ，θ，ψ）で表示される（弾性波素子
技術ハンドブック、５４９−５５０、オーム社参照）。
この表示に従えば、Ｘカット−２１°伝搬の場合には
（９０°，９０°，２１°）、５０°回転Ｙカット−ψ
伝搬の場合には（０°，１４０°，ψ）、Ｚカット−ψ
伝搬の場合には（０°，０°，ψ）と表される。伝搬方
向（φ，θ，ψ）の弾性表面波を得るためには、表面波
であることから必然的に平板状の表面を必要とする。例
えば、図４によれば、Ｘ１ Ｘ２ 平面がウェーハ面とな
り、ψがウェーハ面内における伝搬方向を示し、また、
φ、θがウェーハ面の垂線方向であるＸ３ 軸を示すこ
とになる。そして、ウェーハ面の垂線方向であるＸ３
軸と単結晶の育成方向φ´、θ´とを同一、すなわち単
結晶の育成方向φ´、θ´をφ´＝φ、θ´＝θとした
ときに、弾性表面波の伝搬方向と単結晶の育成方向とが
垂直となり、伝搬損失を非常に小さくすることが可能と
なる。
に、弾性波の伝搬方向がオイラー角（φ，θ，ψ）で表
示されるランガサイト単結晶ウェーハが、φ´＝φ±１
２°、θ´＝θ±１２°の方向で育成されたランガサイ
ト単結晶より作製される点にある。ここで、オイラー角
表示による弾性表面波の伝搬方向とランガサイト単結晶
の育成方向について説明する。オイラー角表示は、弾性
表面波の伝搬方向を記載する場合に広く利用され、図４
に示すように（φ，θ，ψ）で表示される（弾性波素子
技術ハンドブック、５４９−５５０、オーム社参照）。
この表示に従えば、Ｘカット−２１°伝搬の場合には
（９０°，９０°，２１°）、５０°回転Ｙカット−ψ
伝搬の場合には（０°，１４０°，ψ）、Ｚカット−ψ
伝搬の場合には（０°，０°，ψ）と表される。伝搬方
向（φ，θ，ψ）の弾性表面波を得るためには、表面波
であることから必然的に平板状の表面を必要とする。例
えば、図４によれば、Ｘ１ Ｘ２ 平面がウェーハ面とな
り、ψがウェーハ面内における伝搬方向を示し、また、
φ、θがウェーハ面の垂線方向であるＸ３ 軸を示すこ
とになる。そして、ウェーハ面の垂線方向であるＸ３
軸と単結晶の育成方向φ´、θ´とを同一、すなわち単
結晶の育成方向φ´、θ´をφ´＝φ、θ´＝θとした
ときに、弾性表面波の伝搬方向と単結晶の育成方向とが
垂直となり、伝搬損失を非常に小さくすることが可能と
なる。
【０００８】単結晶の育成方向φ´、θ´は、上記した
ように、それぞれφ、θとするのが最も望ましいが、単
結晶育成の容易度は単結晶の育成方向に大きく依存する
場合がある。また、単結晶の育成方向が不適切であると
クラック等の不良が発生する場合もある。そこで、伝搬
損失と単結晶の育成方向との関係を詳細に調査した結
果、単結晶の育成方向がφ´＝φ±１２°、θ´＝θ±
１２°の範囲にあれば、その単結晶から作製されたラン
ガサイト単結晶ウェーハは伝搬損失が非常に小さくなる
ことがわかった。したがって、チョクラルスキー法によ
り単結晶の育成方向をφ´＝φ±１２°、θ´＝θ±１
２°の範囲でランガサイト単結晶を育成して、スライス
することにより、弾性表面波の伝搬損失が小さいオイラ
ー角（φ，θ，ψ）で表示される本発明のランガサイト
単結晶ウェーハが得られる。
ように、それぞれφ、θとするのが最も望ましいが、単
結晶育成の容易度は単結晶の育成方向に大きく依存する
場合がある。また、単結晶の育成方向が不適切であると
クラック等の不良が発生する場合もある。そこで、伝搬
損失と単結晶の育成方向との関係を詳細に調査した結
果、単結晶の育成方向がφ´＝φ±１２°、θ´＝θ±
１２°の範囲にあれば、その単結晶から作製されたラン
ガサイト単結晶ウェーハは伝搬損失が非常に小さくなる
ことがわかった。したがって、チョクラルスキー法によ
り単結晶の育成方向をφ´＝φ±１２°、θ´＝θ±１
２°の範囲でランガサイト単結晶を育成して、スライス
することにより、弾性表面波の伝搬損失が小さいオイラ
ー角（φ，θ，ψ）で表示される本発明のランガサイト
単結晶ウェーハが得られる。
【０００９】次に、実施例を挙げて、本発明をさらに詳
細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定され
るものではない。
細に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定され
るものではない。
【００１０】
【実施例】（ウェーハの作製）Ｌａ２ Ｏ３ 、Ｇａ２
Ｏ３ 及びＳｉＯ２ を、モル比で３：５：２となるよう
に秤量、混合して、原料を作製した。この原料を白金ル
ツボに充填して高周波加熱を行い、原料を融解した後、
種結晶を融液に接触させた。その後、種結晶を回転数１
０ｒｐｍに一定させたまま、１ｍｍ／ｈの速度で上方に
移動させ、直径５４ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒状のラ
ンガサイト単結晶をチョクラルスキー法により育成し
た。表１に育成方向を示した。育成した単結晶から表１
のカットとなるウェーハを採取し、ウェーハ表面を鏡面
研磨加工、裏面を粗面研磨加工し、厚さ０．４５ｍｍの
ランガサイト単結晶ウェーハを作製した。なお、図１に
（９０°，９０°，２１°）の伝搬方向を必要とするＸ
カットランガサイト単結晶ウェーハと育成方向との関係
を表す説明図（実施例１〜３、比較例１〜３）、図２に
（０°，１４０°，３０°）の伝搬方向を必要とする５
０°回転Ｙカットランガサイト単結晶ウェーハと育成方
向との関係を表す説明図（実施例６、比較例７）を示し
た。図中、１はＸカットランガサイト単結晶ウェーハ、
２は５０°回転Ｙカットランガサイト単結晶ウェーハ、
太線矢印はランガサイト単結晶の育成方向を示す。
Ｏ３ 及びＳｉＯ２ を、モル比で３：５：２となるよう
に秤量、混合して、原料を作製した。この原料を白金ル
ツボに充填して高周波加熱を行い、原料を融解した後、
種結晶を融液に接触させた。その後、種結晶を回転数１
０ｒｐｍに一定させたまま、１ｍｍ／ｈの速度で上方に
移動させ、直径５４ｍｍ、長さ１００ｍｍの円筒状のラ
ンガサイト単結晶をチョクラルスキー法により育成し
た。表１に育成方向を示した。育成した単結晶から表１
のカットとなるウェーハを採取し、ウェーハ表面を鏡面
研磨加工、裏面を粗面研磨加工し、厚さ０．４５ｍｍの
ランガサイト単結晶ウェーハを作製した。なお、図１に
（９０°，９０°，２１°）の伝搬方向を必要とするＸ
カットランガサイト単結晶ウェーハと育成方向との関係
を表す説明図（実施例１〜３、比較例１〜３）、図２に
（０°，１４０°，３０°）の伝搬方向を必要とする５
０°回転Ｙカットランガサイト単結晶ウェーハと育成方
向との関係を表す説明図（実施例６、比較例７）を示し
た。図中、１はＸカットランガサイト単結晶ウェーハ、
２は５０°回転Ｙカットランガサイト単結晶ウェーハ、
太線矢印はランガサイト単結晶の育成方向を示す。
【００１１】（伝搬損失の評価）弾性表面波の伝搬損失
の評価は、三電極法（弾性波素子技術ハンドブック、３
３７−３３８、オーム社参照）で減衰定数を求めること
により行った。具体的には以下の通りである。ランガサ
イト単結晶ウェーハ表面に、図３に示す形状の櫛形電極
を形成した。中央部の櫛形電極３を入力用、左右両端部
の２個の櫛形電極４を出力用とし、左右両端部の櫛形電
極４での出力電圧の比Ｖ１ ／Ｖ２ を測定し、次式の関
係を用いて減衰定数αを算出した。 Ｖ１ ／Ｖ２ ＝ｅｘｐ［−α（Ｚ１ −Ｚ２ ）］ ここで、Ｚ１ 、Ｚ２ は入力用櫛形電極３と出力用櫛形
電極４の距離を示し、Ｚ１ ≠Ｚ２ である。その結果、
本発明の伝搬損失は非常に小さかった。
の評価は、三電極法（弾性波素子技術ハンドブック、３
３７−３３８、オーム社参照）で減衰定数を求めること
により行った。具体的には以下の通りである。ランガサ
イト単結晶ウェーハ表面に、図３に示す形状の櫛形電極
を形成した。中央部の櫛形電極３を入力用、左右両端部
の２個の櫛形電極４を出力用とし、左右両端部の櫛形電
極４での出力電圧の比Ｖ１ ／Ｖ２ を測定し、次式の関
係を用いて減衰定数αを算出した。 Ｖ１ ／Ｖ２ ＝ｅｘｐ［−α（Ｚ１ −Ｚ２ ）］ ここで、Ｚ１ 、Ｚ２ は入力用櫛形電極３と出力用櫛形
電極４の距離を示し、Ｚ１ ≠Ｚ２ である。その結果、
本発明の伝搬損失は非常に小さかった。
【００１２】（単結晶育成難易度の評価）表１の条件に
より１０体のランガサイト単結晶を育成し、その不良率
により評価した。クラックが発生した場合を不良とし
た。その結果、本発明の不良率は０％であった。
より１０体のランガサイト単結晶を育成し、その不良率
により評価した。クラックが発生した場合を不良とし
た。その結果、本発明の不良率は０％であった。
【００１３】
【表１】
【００１４】
【発明の効果】本発明によれば、弾性表面波の伝搬損失
が非常に小さいランガサイト単結晶ウェーハを容易に得
ることができる。したがって、高品質かつ安価なフィル
タ等の弾性表面波デバイスを提供することができる。
が非常に小さいランガサイト単結晶ウェーハを容易に得
ることができる。したがって、高品質かつ安価なフィル
タ等の弾性表面波デバイスを提供することができる。
【図１】（９０°，９０°，２１°）の伝搬方向を必要
とするＸカットランガサイト単結晶ウェーハと育成方向
との関係を表す説明図である。
とするＸカットランガサイト単結晶ウェーハと育成方向
との関係を表す説明図である。
【図２】（０°，１４０°，３０°）の伝搬方向を必要
とする５０°回転Ｙカットランガサイト単結晶ウェーハ
と育成方向との関係を表す説明図である。
とする５０°回転Ｙカットランガサイト単結晶ウェーハ
と育成方向との関係を表す説明図である。
【図３】弾性表面波の伝搬損失の評価の際に使用した櫛
形電極の説明図である。
形電極の説明図である。
【図４】座標軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）と右手系のオイラー角の
関係を表す説明図である。
関係を表す説明図である。
１ Ｘカットランガサイト単結晶ウェーハ ２ ５０°回転Ｙカットランガサイト単結晶ウェーハ ３ 入力用櫛形電極 ４ 出力用櫛形電極
Claims (2)
- 【請求項１】 弾性波の伝搬方向がオイラー角（φ，
θ，ψ）で表示されるランガサイト単結晶ウェーハを、
φ´＝φ±１２°、θ´＝θ±１２°の方向で育成され
たランガサイト単結晶より作製することを特徴とするラ
ンガサイト単結晶ウェーハの製造方法。 - 【請求項２】 請求項１記載の製造方法で得られるラン
ガサイト単結晶ウェーハ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11505699A JP2000307378A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | ランガサイト単結晶ウェーハ及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11505699A JP2000307378A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | ランガサイト単結晶ウェーハ及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000307378A true JP2000307378A (ja) | 2000-11-02 |
Family
ID=14653091
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11505699A Pending JP2000307378A (ja) | 1999-04-22 | 1999-04-22 | ランガサイト単結晶ウェーハ及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000307378A (ja) |
-
1999
- 1999-04-22 JP JP11505699A patent/JP2000307378A/ja active Pending
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050223 |
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| A977 | Report on retrieval |
Effective date: 20070625 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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