JP2000332314A - 圧電体基板の製造方法 - Google Patents
圧電体基板の製造方法Info
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Landscapes
- Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)
- Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 ＳＡＷ速度Ｖおよび電気機械結合係数
（Ｋ2）がともに高い圧電体基板を、簡単な形成プロセ
スで安価に提供する 【解決手段】 成膜基板として（０１２）サファイア基
板を用い、該基板上に圧電体薄膜を１μｍ／ｈ以上の成
膜速度で成膜することにより（１００）配向した圧電体
薄膜を形成する。
（Ｋ2）がともに高い圧電体基板を、簡単な形成プロセ
スで安価に提供する 【解決手段】 成膜基板として（０１２）サファイア基
板を用い、該基板上に圧電体薄膜を１μｍ／ｈ以上の成
膜速度で成膜することにより（１００）配向した圧電体
薄膜を形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、弾性表面波（Surf
ace Acoustic wave：ＳＡＷ）デバイス、弾性バルク波
（Bulk Acoustic wave：ＢＡＷ）デバイス、および光学
素子材料などに応用される圧電性基板の製造方法に関す
る。
ace Acoustic wave：ＳＡＷ）デバイス、弾性バルク波
（Bulk Acoustic wave：ＢＡＷ）デバイス、および光学
素子材料などに応用される圧電性基板の製造方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】近年、移動体通信の使用周波数の高周波
化に伴い、高周波デバイス作製用の圧電体基板のニーズ
が高まっている。それに加え、弾性表面波（ＳＡＷ）フ
ィルタなどのＳＡＷデバイスにおいては、ローミングや
データレートの高い情報のやりとりのため、広帯域化の
ニーズも大きい。このように、高周波化に対応しかつ広
帯域のＳＡＷフィルタの開発が現在望まれているが、こ
のようなＳＡＷデバイスを作製するためには、大きなＳ
ＡＷ速度（Ｖ）と高い電気機械結合係数（ｋ2）を実現
できかつ伝搬損失の少ない圧電体基板を使用する必要が
ある。なお、このような圧電体基板の市販の水準として
は、レイリー波に関しては、Ｖ＝４０００ｍ／ｓ、ｋ2
＝０．０５５と言う値が１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ3
基板によって、リーキー波に関しては、Ｖ＝４２１２ｍ
／ｓ、ｋ2＝０．０７６と言う値が３６度回転Ｙカット
ＬｉＴａＯ3基板によって、それぞれ達成されており、
さらなる高周波化・広帯域化に向けて新しい圧電性基板
の開発が進められている。
化に伴い、高周波デバイス作製用の圧電体基板のニーズ
が高まっている。それに加え、弾性表面波（ＳＡＷ）フ
ィルタなどのＳＡＷデバイスにおいては、ローミングや
データレートの高い情報のやりとりのため、広帯域化の
ニーズも大きい。このように、高周波化に対応しかつ広
帯域のＳＡＷフィルタの開発が現在望まれているが、こ
のようなＳＡＷデバイスを作製するためには、大きなＳ
ＡＷ速度（Ｖ）と高い電気機械結合係数（ｋ2）を実現
できかつ伝搬損失の少ない圧電体基板を使用する必要が
ある。なお、このような圧電体基板の市販の水準として
は、レイリー波に関しては、Ｖ＝４０００ｍ／ｓ、ｋ2
＝０．０５５と言う値が１２８度ＹカットＬｉＮｂＯ3
基板によって、リーキー波に関しては、Ｖ＝４２１２ｍ
／ｓ、ｋ2＝０．０７６と言う値が３６度回転Ｙカット
ＬｉＴａＯ3基板によって、それぞれ達成されており、
さらなる高周波化・広帯域化に向けて新しい圧電性基板
の開発が進められている。
【０００３】ところで、ＳＡＷフィルタにおいては、弾
性表面波の速度をＶ、弾性表面波の波長をλとすると、
使用周波数ｆはｆ＝Ｖ／λで示される。よって、高周波
で使用するＳＡＷフィルタを作製するには、弾性表面波
の速度Ｖの値を大きくするか、波長λの値を小さくする
必要が生じる。一般に、ＳＡＷフィルタの波長λの値
は、ＳＡＷフィルタを構成する櫛形電極（InterDigital
Transducer：ＩＤＴ）の幅によって規定されるため、
波長λの値を小さくするためには、ＩＤＴの幅を狭く形
成しなければならない。しかしながら、フォトリソ技術
による配線形成の微細化も限界に達しつつあり、現状以
上に微細な幅を有するＩＤＴを形成することは困難にな
りつつある。また、仮に現状以上に微細なＩＤＴの形成
が可能であるとしても、ＩＤＴ幅が細いとストレスマイ
グレーションの影響を受けやすく、デバイスの耐久性に
問題が生じやすい。このように、ＩＤＴ幅の微細化に限
界があり波長λの値を小さくすることができない以上、
高周波化に対応するＳＡＷデバイスを作製するためには
速度Ｖを大きくせざるをえない。より大きなＶを実現で
きる圧電体基板が強く望まれているのはこのためであ
る。
性表面波の速度をＶ、弾性表面波の波長をλとすると、
使用周波数ｆはｆ＝Ｖ／λで示される。よって、高周波
で使用するＳＡＷフィルタを作製するには、弾性表面波
の速度Ｖの値を大きくするか、波長λの値を小さくする
必要が生じる。一般に、ＳＡＷフィルタの波長λの値
は、ＳＡＷフィルタを構成する櫛形電極（InterDigital
Transducer：ＩＤＴ）の幅によって規定されるため、
波長λの値を小さくするためには、ＩＤＴの幅を狭く形
成しなければならない。しかしながら、フォトリソ技術
による配線形成の微細化も限界に達しつつあり、現状以
上に微細な幅を有するＩＤＴを形成することは困難にな
りつつある。また、仮に現状以上に微細なＩＤＴの形成
が可能であるとしても、ＩＤＴ幅が細いとストレスマイ
グレーションの影響を受けやすく、デバイスの耐久性に
問題が生じやすい。このように、ＩＤＴ幅の微細化に限
界があり波長λの値を小さくすることができない以上、
高周波化に対応するＳＡＷデバイスを作製するためには
速度Ｖを大きくせざるをえない。より大きなＶを実現で
きる圧電体基板が強く望まれているのはこのためであ
る。
【０００４】また、ＳＡＷデバイスの広帯域化を図るた
めにはｋ2の値を高める必要があるが、ｋ2の値は使用す
る圧電体基板の圧電定数によって大きく規定されるた
め、高いｋ2を実現できる圧電定数を有する圧電体基板
の開発が必須となる。
めにはｋ2の値を高める必要があるが、ｋ2の値は使用す
る圧電体基板の圧電定数によって大きく規定されるた
め、高いｋ2を実現できる圧電定数を有する圧電体基板
の開発が必須となる。
【０００５】これに対して、ＺｎＯなどのような圧電性
を有する薄膜を、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＣといった高音速
（Ｖ）の基板上に作製することにより、レイリー波の高
次モードであるセザワ波を励振でき、より大きなｋ2が
得られることをTakedaらがJpn.J.Appl.Phys.,24, Supp
l. 24-1 (1985), p.124にて報告している。このこと
は、圧電性薄膜と高音速基板との組み合わせ構造が、Ｓ
ＡＷ用基板の高（ＳＡＷ）音速と高ｋ2の実現に有効で
あることを示唆している。これを受けて、さらにｋ2の
大きなＬｉＮｂＯ3薄膜でもＺｎＯと同様な調査が種々
行われている。
を有する薄膜を、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＣといった高音速
（Ｖ）の基板上に作製することにより、レイリー波の高
次モードであるセザワ波を励振でき、より大きなｋ2が
得られることをTakedaらがJpn.J.Appl.Phys.,24, Supp
l. 24-1 (1985), p.124にて報告している。このこと
は、圧電性薄膜と高音速基板との組み合わせ構造が、Ｓ
ＡＷ用基板の高（ＳＡＷ）音速と高ｋ2の実現に有効で
あることを示唆している。これを受けて、さらにｋ2の
大きなＬｉＮｂＯ3薄膜でもＺｎＯと同様な調査が種々
行われている。
【０００６】また、上記レイリー波のモード（圧電性薄
膜の分極軸が基板面に対して垂直な場合に励振される）
とは異なり、圧電性薄膜の分極軸が基板面に対して平行
な場合に励振されるＳＨ（Sear Horizontal）波の一つ
のラブ波でも、同様な手法が取り入れられており、その
一例として特開平１０−３２２１５８号公報に開示され
るような手法がある。これは上述のように、Ｖの大きな
サファイア基板上にｋ2の高いＬｉＮｂＯ3等の圧電体薄
膜のｃ軸を基板面に対して寝かせながら膜形成すること
により、Ｖ値とｋ2値とがともに高い圧電体基板を提供
しようとするものである。この手法は、図１２に示すよ
うに、（０１２）サファイア基板（Ｒ面サファイアとも
呼ぶ）３１上に、レーザアブレーション法等の成膜手法
によってまずＮｂ2Ｏ5等の金属酸化物からなる中間層３
２を形成し、次いで同じくレーザアブレーション法によ
って（１００）配向したＬｉＮｂＯ3薄膜３３を成長さ
せることによって、サファイア基板、中間層、圧電体薄
膜の３層構造を有する圧電体基板３４を形成するもので
ある。ここでは、成膜基板として（０１２）サファイア
基板３１を用い、かつ金属酸化物からなる中間層３２を
ＬｉＮｂＯ3薄膜形成のシード層として介在させること
により、そのｃ軸が膜の面内に寝ている状態（基板面と
平行な状態）の（１００）配向したＬｉＮｂＯ3薄膜３
３の形成を可能としている。
膜の分極軸が基板面に対して垂直な場合に励振される）
とは異なり、圧電性薄膜の分極軸が基板面に対して平行
な場合に励振されるＳＨ（Sear Horizontal）波の一つ
のラブ波でも、同様な手法が取り入れられており、その
一例として特開平１０−３２２１５８号公報に開示され
るような手法がある。これは上述のように、Ｖの大きな
サファイア基板上にｋ2の高いＬｉＮｂＯ3等の圧電体薄
膜のｃ軸を基板面に対して寝かせながら膜形成すること
により、Ｖ値とｋ2値とがともに高い圧電体基板を提供
しようとするものである。この手法は、図１２に示すよ
うに、（０１２）サファイア基板（Ｒ面サファイアとも
呼ぶ）３１上に、レーザアブレーション法等の成膜手法
によってまずＮｂ2Ｏ5等の金属酸化物からなる中間層３
２を形成し、次いで同じくレーザアブレーション法によ
って（１００）配向したＬｉＮｂＯ3薄膜３３を成長さ
せることによって、サファイア基板、中間層、圧電体薄
膜の３層構造を有する圧電体基板３４を形成するもので
ある。ここでは、成膜基板として（０１２）サファイア
基板３１を用い、かつ金属酸化物からなる中間層３２を
ＬｉＮｂＯ3薄膜形成のシード層として介在させること
により、そのｃ軸が膜の面内に寝ている状態（基板面と
平行な状態）の（１００）配向したＬｉＮｂＯ3薄膜３
３の形成を可能としている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の成
膜方法では、そのｃ軸が膜の面内に寝ている状態にＬｉ
ＮｂＯ3薄膜３３を形成するために、成膜基板３１に含
まれる構成元素（上述の例においてはＯ）および圧電体
薄膜３３に含まれる構成元素（上述の例においてはＮ
ｂ）の双方を構成元素とする中間層（上述の例において
はＮｂ2Ｏ5）３２を成膜基板３１と圧電体薄膜３３との
間に介在して成膜する必要がある。
膜方法では、そのｃ軸が膜の面内に寝ている状態にＬｉ
ＮｂＯ3薄膜３３を形成するために、成膜基板３１に含
まれる構成元素（上述の例においてはＯ）および圧電体
薄膜３３に含まれる構成元素（上述の例においてはＮ
ｂ）の双方を構成元素とする中間層（上述の例において
はＮｂ2Ｏ5）３２を成膜基板３１と圧電体薄膜３３との
間に介在して成膜する必要がある。
【０００８】また、この中間層３２は圧電体薄膜３３形
成のシード層として機能しているので、中間層３２の結
晶配向性の良し悪しがその直上に形成される圧電体薄膜
３３の結晶配向性に大きく影響することになる。このた
め、この中間層の形成にあたっては最適条件を選定した
上で、その最適条件を厳密に管理して高い結晶配向性を
維持する必要が生じる。
成のシード層として機能しているので、中間層３２の結
晶配向性の良し悪しがその直上に形成される圧電体薄膜
３３の結晶配向性に大きく影響することになる。このた
め、この中間層の形成にあたっては最適条件を選定した
上で、その最適条件を厳密に管理して高い結晶配向性を
維持する必要が生じる。
【０００９】このように上述の従来の圧電体基板の製造
方法では、（１００）配向した圧電体薄膜を形成するた
めに別途中間層を形成する必要があり、またその中間層
の形成のための最適条件の選定・管理のために多くの配
慮が必要となるため、結果的に圧電体基板の全体的な作
製プロセスが複雑になり、圧電体基板のコストアップを
招くという問題点があった。従って本発明は、上述の技
術的問題点を解決するためになされたものであって、Ｖ
が大きくｋ2も高い圧電体基板を、簡単な形成プロセス
で安価に提供することを目的とする。
方法では、（１００）配向した圧電体薄膜を形成するた
めに別途中間層を形成する必要があり、またその中間層
の形成のための最適条件の選定・管理のために多くの配
慮が必要となるため、結果的に圧電体基板の全体的な作
製プロセスが複雑になり、圧電体基板のコストアップを
招くという問題点があった。従って本発明は、上述の技
術的問題点を解決するためになされたものであって、Ｖ
が大きくｋ2も高い圧電体基板を、簡単な形成プロセス
で安価に提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】一般に、ＬｉＮｂＯ3、
ＬｉＴａＯ3等のイルメナイト構造を有する圧電体材料
は、サファイア等のコランダム構造と非常に類似した結
晶構造を有しており、サファイア基板を成膜基板として
用いることにより、これらの圧電体薄膜を比較的容易に
エピタキシャル成長させることができる。従って、（０
１２）サファイア基板上にＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3を
成膜すると、理論的には基板と同様に（０１２）配向し
たＬｉＮｂＯ3薄膜が得られるはずである。しかしなが
ら、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3の（０１２）面はその成
長速度が他の結晶面に比べて極めて遅く、充分に遅い成
膜速度を維持しないと（０１２）面単独での成長が見ら
れないことが各種の実験において確認されている。これ
は、サファイア基板の（０１２）面が劈開面で、劈開面
に垂直な方向へのボンド数が他面に比べて少ないことか
ら、その（０１２）面直上に形成される膜の成長速度が
遅くなるためと考えられている。この結果、（０１２）
サファイア基板上には（１００）面や（１１０）面と言
った成長速度の速い結晶面が優先的に成長することにな
る。さらに（１００）面と（１１０）面の成長速度を比
較すると、格子面のマッチングの観点から（１００）面
のミスマッチの方が少ないことから（１００）面が優先
的に成長する傾向が強い。
ＬｉＴａＯ3等のイルメナイト構造を有する圧電体材料
は、サファイア等のコランダム構造と非常に類似した結
晶構造を有しており、サファイア基板を成膜基板として
用いることにより、これらの圧電体薄膜を比較的容易に
エピタキシャル成長させることができる。従って、（０
１２）サファイア基板上にＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3を
成膜すると、理論的には基板と同様に（０１２）配向し
たＬｉＮｂＯ3薄膜が得られるはずである。しかしなが
ら、ＬｉＮｂＯ3やＬｉＴａＯ3の（０１２）面はその成
長速度が他の結晶面に比べて極めて遅く、充分に遅い成
膜速度を維持しないと（０１２）面単独での成長が見ら
れないことが各種の実験において確認されている。これ
は、サファイア基板の（０１２）面が劈開面で、劈開面
に垂直な方向へのボンド数が他面に比べて少ないことか
ら、その（０１２）面直上に形成される膜の成長速度が
遅くなるためと考えられている。この結果、（０１２）
サファイア基板上には（１００）面や（１１０）面と言
った成長速度の速い結晶面が優先的に成長することにな
る。さらに（１００）面と（１１０）面の成長速度を比
較すると、格子面のマッチングの観点から（１００）面
のミスマッチの方が少ないことから（１００）面が優先
的に成長する傾向が強い。
【００１１】本発明者らはこの点に注目し鋭意検討を重
ねた結果、（０１２）サファイア基板上にＬｉＮｂＯ3
やＬｉＴａＯ3あるいはこれらの固溶体等の圧電体薄膜
を、成長速度を速めて成膜することにより、（１００）
配向した圧電体薄膜を得られることを見いだし本発明を
完成させるに到った。すなわち、本発明の圧電体基板の
製造方法は、（０１２）サファイア基板上に、圧電体薄
膜を１μｍ／ｈ以上の成膜速度で成膜することにより
（１００）配向した圧電体薄膜を形成することを特徴と
する。ここで成膜される圧電体薄膜としては、ＬｉＮｂ
Ｏ3、ＬｉＴａＯ3あるいはこれらの固溶体などの圧電体
薄膜があげられる。
ねた結果、（０１２）サファイア基板上にＬｉＮｂＯ3
やＬｉＴａＯ3あるいはこれらの固溶体等の圧電体薄膜
を、成長速度を速めて成膜することにより、（１００）
配向した圧電体薄膜を得られることを見いだし本発明を
完成させるに到った。すなわち、本発明の圧電体基板の
製造方法は、（０１２）サファイア基板上に、圧電体薄
膜を１μｍ／ｈ以上の成膜速度で成膜することにより
（１００）配向した圧電体薄膜を形成することを特徴と
する。ここで成膜される圧電体薄膜としては、ＬｉＮｂ
Ｏ3、ＬｉＴａＯ3あるいはこれらの固溶体などの圧電体
薄膜があげられる。
【００１２】このように本発明の手法によれば、従来例
とは異なり、中間層を別途形成することなく（１００）
配向した圧電体薄膜を形成することが可能である。これ
によって、従来に比べて圧電体基板の製造工程が簡略化
され作製時間を短縮することができ、製造コストを抑制
することができる。また、この（１００）配向した圧電
性薄膜は、そのｃ軸が膜面内に寝た状態であるだけでな
く、さらにｃ軸の方向が１方向に揃ったエピタキシャル
膜であることも後述の実験結果から確認された。
とは異なり、中間層を別途形成することなく（１００）
配向した圧電体薄膜を形成することが可能である。これ
によって、従来に比べて圧電体基板の製造工程が簡略化
され作製時間を短縮することができ、製造コストを抑制
することができる。また、この（１００）配向した圧電
性薄膜は、そのｃ軸が膜面内に寝た状態であるだけでな
く、さらにｃ軸の方向が１方向に揃ったエピタキシャル
膜であることも後述の実験結果から確認された。
【００１３】また、１μｍ／ｈを越えるような速い成膜
速度で圧電体薄膜を形成するためには、高速での成膜を
得意とするＭＯＣＶＤ法が最も好ましい。ただし、成長
速度を速める条件設定とすることで、スパッタリング法
やＰＬＤ法等の他の成膜方法によって圧電体薄膜を成膜
することも可能である。このように、ＭＯＣＶＤ法によ
って（１００）配向した圧電性薄膜を成膜すると、従来
のレーザアブレーションによる成膜と比較して格段にそ
の成長速度を速め、かつ成膜範囲を広げることができ
る。また、ＭＯＣＶＤ法は膜の再現性に関しても優れて
おり、ウエハ間および各素子間の膜厚分布の均一性など
が極めて正確に要求されるＳＡＷデバイスの作製に好適
に適用することができる。このため、圧電体基板の量産
性の向上および歩留まりの向上を図ることができ、さら
にそのコストダウンを図ることができる。
速度で圧電体薄膜を形成するためには、高速での成膜を
得意とするＭＯＣＶＤ法が最も好ましい。ただし、成長
速度を速める条件設定とすることで、スパッタリング法
やＰＬＤ法等の他の成膜方法によって圧電体薄膜を成膜
することも可能である。このように、ＭＯＣＶＤ法によ
って（１００）配向した圧電性薄膜を成膜すると、従来
のレーザアブレーションによる成膜と比較して格段にそ
の成長速度を速め、かつ成膜範囲を広げることができ
る。また、ＭＯＣＶＤ法は膜の再現性に関しても優れて
おり、ウエハ間および各素子間の膜厚分布の均一性など
が極めて正確に要求されるＳＡＷデバイスの作製に好適
に適用することができる。このため、圧電体基板の量産
性の向上および歩留まりの向上を図ることができ、さら
にそのコストダウンを図ることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の圧電体基板の製造
方法について、詳細に説明する。
方法について、詳細に説明する。
【００１５】［第１実施例、図１〜図７］本発明の第１
実施例の圧電体基板は、市販の（０１２）サファイア基
板上にＭＯＣＶＤ法を用いて（１００）ＬｉＮｂＯ3薄
膜を成膜することによって作製した。ここでＬｉＮｂＯ
3薄膜の成膜に用いたＭＯＣＶＤ装置を、図１に示す。
図１のＭＯＣＶＤ装置１は、縦型コールドウォータタイ
プの反応容器２を有し、反応容器２は圧力調整バルブ３
を介して真空排気装置４によって所定の真空度に維持さ
れる。また、１以上たとえば２つの原料容器兼気化器
５、６で気化された原料ガスは、キャリアガス用のマス
フローコントローラ（ＭＦＣ）８で流量制御され、さら
に酸素ガスは専用のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）
７で流量制御されながら、前記キャリアガスとともに原
料ガス混合器９に送られる。そして、混合された原料ガ
スは原料ガス混合ノズル１０を通して、反応容器２内に
設置・加熱されている（サファイア等の）基板１１上に
供給される。基板１１上に供給された原料ガスは基板直
上で分解・反応し、基板１１上に所定の圧電体薄膜が形
成される。
実施例の圧電体基板は、市販の（０１２）サファイア基
板上にＭＯＣＶＤ法を用いて（１００）ＬｉＮｂＯ3薄
膜を成膜することによって作製した。ここでＬｉＮｂＯ
3薄膜の成膜に用いたＭＯＣＶＤ装置を、図１に示す。
図１のＭＯＣＶＤ装置１は、縦型コールドウォータタイ
プの反応容器２を有し、反応容器２は圧力調整バルブ３
を介して真空排気装置４によって所定の真空度に維持さ
れる。また、１以上たとえば２つの原料容器兼気化器
５、６で気化された原料ガスは、キャリアガス用のマス
フローコントローラ（ＭＦＣ）８で流量制御され、さら
に酸素ガスは専用のマスフローコントローラ（ＭＦＣ）
７で流量制御されながら、前記キャリアガスとともに原
料ガス混合器９に送られる。そして、混合された原料ガ
スは原料ガス混合ノズル１０を通して、反応容器２内に
設置・加熱されている（サファイア等の）基板１１上に
供給される。基板１１上に供給された原料ガスは基板直
上で分解・反応し、基板１１上に所定の圧電体薄膜が形
成される。
【００１６】本実施例の圧電体薄膜の成膜に用いた原料
としては、Ｌｉ（ＤＭＰ）、およびＮｂ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）
5を用い、以下の表１に示す条件でそれぞれの原料を気
化させ、表２に示す成膜条件で約３００ｎｍの膜厚のＬ
ｉＮｂＯ3薄膜の作製を行った。この成膜条件に従って
得られた圧電体基板１３の断面図を図２に示す。図２に
おいて、１１は（０１２）サファイア基板、１２は（１
００）ＬｉＮｂＯ3薄膜を示している。
としては、Ｌｉ（ＤＭＰ）、およびＮｂ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）
5を用い、以下の表１に示す条件でそれぞれの原料を気
化させ、表２に示す成膜条件で約３００ｎｍの膜厚のＬ
ｉＮｂＯ3薄膜の作製を行った。この成膜条件に従って
得られた圧電体基板１３の断面図を図２に示す。図２に
おいて、１１は（０１２）サファイア基板、１２は（１
００）ＬｉＮｂＯ3薄膜を示している。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【表２】
【００１９】なお比較のために、第１実施例と同様の装
置を用いて市販の（０１２）サファイア基板上にＬｉＮ
ｂＯ3薄膜の作製を行った。ここでは、実施例１とは異
なる以下の表３に示す条件でそれぞれの原料を気化さ
せ、表４に示す条件で約３００ｎｍの膜厚のＬｉＮｂＯ
3薄膜の作製を行った（原料ガスの気化温度を調整する
ことによって圧電体薄膜の成長速度を変更している）。
置を用いて市販の（０１２）サファイア基板上にＬｉＮ
ｂＯ3薄膜の作製を行った。ここでは、実施例１とは異
なる以下の表３に示す条件でそれぞれの原料を気化さ
せ、表４に示す条件で約３００ｎｍの膜厚のＬｉＮｂＯ
3薄膜の作製を行った（原料ガスの気化温度を調整する
ことによって圧電体薄膜の成長速度を変更している）。
【００２０】
【表３】
【００２１】
【表４】
【００２２】ここで、前述の２つの実験によって得られ
たそれぞれのＬｉＮｂＯ3薄膜について分析を行った。
図３は、第１実施例において１．２μｍ／ｈの成長速度
で得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤ（Ｘ線回折分析）
パターンを示す。この図から明らかなように、（０１
２）サファイア基板上には（３００）ＬｉＮｂＯ3のピ
ークしか見られず、（１００）配向したＬｉＮｂＯ3薄
膜が形成されていることがわかる。また、さらに成長速
度の速い６．０μｍ／ｈの成長速度で得られたＬｉＮｂ
Ｏ3薄膜のＸＲＤパターンを図４に示す。ここでも、
（０１２）サファイア基板上に（３００）ＬｉＮｂＯ3
のピークしか見られず、（１００）配向したＬｉＮｂＯ
3薄膜が形成されていることがわかる。
たそれぞれのＬｉＮｂＯ3薄膜について分析を行った。
図３は、第１実施例において１．２μｍ／ｈの成長速度
で得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤ（Ｘ線回折分析）
パターンを示す。この図から明らかなように、（０１
２）サファイア基板上には（３００）ＬｉＮｂＯ3のピ
ークしか見られず、（１００）配向したＬｉＮｂＯ3薄
膜が形成されていることがわかる。また、さらに成長速
度の速い６．０μｍ／ｈの成長速度で得られたＬｉＮｂ
Ｏ3薄膜のＸＲＤパターンを図４に示す。ここでも、
（０１２）サファイア基板上に（３００）ＬｉＮｂＯ3
のピークしか見られず、（１００）配向したＬｉＮｂＯ
3薄膜が形成されていることがわかる。
【００２３】一方、比較例において０．６μｍ／ｈおよ
び０．９μｍ／ｈの成長速度で得られたＬｉＮｂＯ3薄
膜のＸＲＤパターンをそれぞれ図５、６に示す。この図
から明らかなように、（０１２）サファイア基板上に
（０１２）と（３００）のＬｉＮｂＯ3ピークが混在し
ており、ともに（１００）単一配向膜が得られていない
ことがわかる。
び０．９μｍ／ｈの成長速度で得られたＬｉＮｂＯ3薄
膜のＸＲＤパターンをそれぞれ図５、６に示す。この図
から明らかなように、（０１２）サファイア基板上に
（０１２）と（３００）のＬｉＮｂＯ3ピークが混在し
ており、ともに（１００）単一配向膜が得られていない
ことがわかる。
【００２４】以上の分析結果から理解できるように、
（０１２）サファイア基板上に一定速度以上、具体的に
は１．２μｍ／ｈ以上のの速い成長速度を維持しながら
ＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜することにより、（１００）単
一配向のＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜することが可能であ
る。
（０１２）サファイア基板上に一定速度以上、具体的に
は１．２μｍ／ｈ以上のの速い成長速度を維持しながら
ＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜することにより、（１００）単
一配向のＬｉＮｂＯ3薄膜を成膜することが可能であ
る。
【００２５】また、第１実施例で得られた（１００）配
向ＬｉＮｂＯ3薄膜の３次元の配向性を調べるためにＬ
ｉＮｂＯ3薄膜、およびサファイア基板それぞれについ
ての極点図を取った結果を、図７に示す。それぞれの解
析面は、サファイア基板は（００６）面、ＬｉＮｂＯ3
薄膜については（１０４）面で行った。この結果、Ｌｉ
ＮｂＯ3薄膜は（０１２）サファイア基板上に３次元的
にエピタキシャル成長しており、ＬｉＮｂＯ3薄膜のｃ
軸方向と（０１２）サファイア基板のｃ軸投影方向とが
互いに平行な関係に位置することが確認された。
向ＬｉＮｂＯ3薄膜の３次元の配向性を調べるためにＬ
ｉＮｂＯ3薄膜、およびサファイア基板それぞれについ
ての極点図を取った結果を、図７に示す。それぞれの解
析面は、サファイア基板は（００６）面、ＬｉＮｂＯ3
薄膜については（１０４）面で行った。この結果、Ｌｉ
ＮｂＯ3薄膜は（０１２）サファイア基板上に３次元的
にエピタキシャル成長しており、ＬｉＮｂＯ3薄膜のｃ
軸方向と（０１２）サファイア基板のｃ軸投影方向とが
互いに平行な関係に位置することが確認された。
【００２６】［第２実施例、図８］本発明の第２実施例
の圧電体基板は、第１実施例と同様の装置を用いて、市
販の（０１２）サファイア基板上に（１００）ＬｉＴａ
Ｏ3薄膜を成膜することによって作製した。ＬｉＴａＯ3
薄膜の成膜に用いた原料としては、Ｌｉ（ＤＭＰ）、お
よびＴａ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）5を用い、以下の表５に示す条
件でそれぞれの原料を気化させ、表６に示す成膜条件で
約５００ｎｍの膜厚のＬｉＴａＯ3薄膜の作製を行っ
た。
の圧電体基板は、第１実施例と同様の装置を用いて、市
販の（０１２）サファイア基板上に（１００）ＬｉＴａ
Ｏ3薄膜を成膜することによって作製した。ＬｉＴａＯ3
薄膜の成膜に用いた原料としては、Ｌｉ（ＤＭＰ）、お
よびＴａ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）5を用い、以下の表５に示す条
件でそれぞれの原料を気化させ、表６に示す成膜条件で
約５００ｎｍの膜厚のＬｉＴａＯ3薄膜の作製を行っ
た。
【００２７】
【表５】
【００２８】
【表６】
【００２９】上述の成膜条件において、１．０μｍ／ｈ
の成長速度で得られたＬｉＴａＯ3薄膜のＸＲＤパター
ンを図８に示す。この図から明らかなように、（０１
２）サファイア基板上には（３００）ＬｉＴａＯ3のピ
ークしか見られず、（１００）配向したＬｉＴａＯ3薄
膜が形成されていることがわかる。
の成長速度で得られたＬｉＴａＯ3薄膜のＸＲＤパター
ンを図８に示す。この図から明らかなように、（０１
２）サファイア基板上には（３００）ＬｉＴａＯ3のピ
ークしか見られず、（１００）配向したＬｉＴａＯ3薄
膜が形成されていることがわかる。
【００３０】［第３実施例、図９］本発明の第３実施例
の圧電体基板は、第１実施例と同様の装置を用いて、市
販の（０１２）サファイア基板上に（１００）Ｌｉ（Ｎ
ｂx，Ｔａ1-x）Ｏ3薄膜を成膜することによって作製し
た。Ｌｉ（Ｎｂx，Ｔａ1-x）Ｏ3薄膜の成膜に用いた原
料としては、Ｌｉ（ＤＭＰ）、Ｎｂ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）5、
およびＴａ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）5を用い、以下の表７に示す
条件でそれぞれの原料を気化させ、表８に示す成膜条件
で約８００ｎｍの膜厚のＬｉＴａＯ3薄膜の作製を行っ
た。
の圧電体基板は、第１実施例と同様の装置を用いて、市
販の（０１２）サファイア基板上に（１００）Ｌｉ（Ｎ
ｂx，Ｔａ1-x）Ｏ3薄膜を成膜することによって作製し
た。Ｌｉ（Ｎｂx，Ｔａ1-x）Ｏ3薄膜の成膜に用いた原
料としては、Ｌｉ（ＤＭＰ）、Ｎｂ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）5、
およびＴａ（Ｏ−Ｃ2Ｈ5）5を用い、以下の表７に示す
条件でそれぞれの原料を気化させ、表８に示す成膜条件
で約８００ｎｍの膜厚のＬｉＴａＯ3薄膜の作製を行っ
た。
【００３１】
【表７】
【００３２】
【表８】
【００３３】上述の成膜条件において、ｘ＝０．５と
し、２．０μｍ／ｈの成長速度で得られたＬｉ（Ｎｂ
0.5，Ｔａ0.5）Ｏ3薄膜のＸＲＤパターンを図９に示
す。この図から明らかなように、（０１２）サファイア
基板上には（３００）Ｌｉ（Ｎｂ0.5，Ｔａ0.5）Ｏ3の
ピークしか見られず、（１００）配向したＬｉ（Ｎｂ
0.5，Ｔａ0.5）Ｏ3薄膜が形成されていることがわか
る。
し、２．０μｍ／ｈの成長速度で得られたＬｉ（Ｎｂ
0.5，Ｔａ0.5）Ｏ3薄膜のＸＲＤパターンを図９に示
す。この図から明らかなように、（０１２）サファイア
基板上には（３００）Ｌｉ（Ｎｂ0.5，Ｔａ0.5）Ｏ3の
ピークしか見られず、（１００）配向したＬｉ（Ｎｂ
0.5，Ｔａ0.5）Ｏ3薄膜が形成されていることがわか
る。
【００３４】［第４実施例、図１０〜図１１］第１実施
例で得られたＬｉＮｂＯ3薄膜の表面にフォトリソグラ
フィー技術を用いてＡｌ製ＩＤＴを設けて、ＳＡＷ音速
及びｋ2を測定した結果を図１０および図１１に示す。
ここで、励振されるＳＡＷの波長をλ、圧電体層の膜厚
をｈとしたときのｈ／λを図１０および図１１の横軸に
用いている。（ここでは、λ＝１μｍで評価を行ってい
る。）図１０の結果から、ＳＡＷ音速については、ｈ／
λ＝０．２〜０．８の範囲、すなわち膜厚で表現すると
２００〜８００ｎｍの範囲で５０００ｍ／ｓ以上の速い
速度を有していることが確認できる。ここで得られたＳ
ＡＷ音速値はこのバルク単結晶のＬｉＮｂＯ3単体を用
いた場合（Ｖ＝４０００ｍ／ｓ）よりも明らかに速いも
のである。また、図１１の結果では、０．８≧ｈ／λ≧
０．３の範囲、すなわち膜厚で表現すると３００ｎｍ〜
８００ｎｍの範囲でｋ2≧２０％という大きな値を示
す。ここで得られた値もＳＡＷ音速と同様に、やはりこ
のバルク単結晶のＬｉＮｂＯ3単体を用いた場合（ｋ2＝
５〜６％）に比べて明らかに大きいものである。また、
先述した中間層を導入した（１００）ＬｉＮｂＯ3／
（０１２）サファイヤ構造（特開平１０−３２２１５８
号公報で開示された技術）で得られた特性値と比較して
もほぼ同等の特性値が得られており、本発明の中間層を
不要とする技術の有効性が示されている。
例で得られたＬｉＮｂＯ3薄膜の表面にフォトリソグラ
フィー技術を用いてＡｌ製ＩＤＴを設けて、ＳＡＷ音速
及びｋ2を測定した結果を図１０および図１１に示す。
ここで、励振されるＳＡＷの波長をλ、圧電体層の膜厚
をｈとしたときのｈ／λを図１０および図１１の横軸に
用いている。（ここでは、λ＝１μｍで評価を行ってい
る。）図１０の結果から、ＳＡＷ音速については、ｈ／
λ＝０．２〜０．８の範囲、すなわち膜厚で表現すると
２００〜８００ｎｍの範囲で５０００ｍ／ｓ以上の速い
速度を有していることが確認できる。ここで得られたＳ
ＡＷ音速値はこのバルク単結晶のＬｉＮｂＯ3単体を用
いた場合（Ｖ＝４０００ｍ／ｓ）よりも明らかに速いも
のである。また、図１１の結果では、０．８≧ｈ／λ≧
０．３の範囲、すなわち膜厚で表現すると３００ｎｍ〜
８００ｎｍの範囲でｋ2≧２０％という大きな値を示
す。ここで得られた値もＳＡＷ音速と同様に、やはりこ
のバルク単結晶のＬｉＮｂＯ3単体を用いた場合（ｋ2＝
５〜６％）に比べて明らかに大きいものである。また、
先述した中間層を導入した（１００）ＬｉＮｂＯ3／
（０１２）サファイヤ構造（特開平１０−３２２１５８
号公報で開示された技術）で得られた特性値と比較して
もほぼ同等の特性値が得られており、本発明の中間層を
不要とする技術の有効性が示されている。
【００３５】
【発明の効果】上述の説明からも明らかなように、本発
明の圧電体基板の製造方法によれば、（０１２）サファ
イア基板上に中間層を設けることなく、（１００）配向
の圧電体薄膜を高速かつ再現性良く形成することができ
るので、圧電体基板の製造工程を簡略化することがで
き、製造コストを削減することができる。
明の圧電体基板の製造方法によれば、（０１２）サファ
イア基板上に中間層を設けることなく、（１００）配向
の圧電体薄膜を高速かつ再現性良く形成することができ
るので、圧電体基板の製造工程を簡略化することがで
き、製造コストを削減することができる。
【図１】 本発明に使用するＭＯＣＶＤ装置を示す概念
図である。
図である。
【図２】 本発明の第１実施例の圧電体基板を示す断面
図である。
図である。
【図３】 第１実施例において１．２μｍ／ｈの成長速
度で得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤパターンであ
る。
度で得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤパターンであ
る。
【図４】 第１実施例において６．０μｍ／ｈの成長速
度で得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤパターンであ
る。
度で得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤパターンであ
る。
【図５】 比較例において０．６μｍ／ｈの成長速度で
得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤパターンである。
得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤパターンである。
【図６】 比較例において０．９μｍ／ｈの成長速度で
得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤパターンである。
得られたＬｉＮｂＯ3薄膜のＸＲＤパターンである。
【図７】 第１実施例で得られたＬｉＮｂＯ３薄膜およ
び（０１２）サファイア基板の極点図である。
び（０１２）サファイア基板の極点図である。
【図８】 第２実施例において１．０μｍ／ｈの成長速
度で得られたＬｉＴａＯ3薄膜のＸＲＤパターンであ
る。
度で得られたＬｉＴａＯ3薄膜のＸＲＤパターンであ
る。
【図９】 第３実施例において２．０μｍ／ｈの成長速
度で得られたＬｉ（Ｎｂ0.5，Ｔａ0.5）Ｏ3薄膜のＸＲ
Ｄパターンである。
度で得られたＬｉ（Ｎｂ0.5，Ｔａ0.5）Ｏ3薄膜のＸＲ
Ｄパターンである。
【図１０】 第１実施例において作製した圧電体基板を
用いてＳＡＷ音速を測定した結果を示す図である。
用いてＳＡＷ音速を測定した結果を示す図である。
【図１１】 第１実施例において作製した圧電体基板を
用いて弾性表面波のｋ2を測定した結果を示す図であ
る。
用いて弾性表面波のｋ2を測定した結果を示す図であ
る。
【図１２】 従来例の圧電体基板を示す断面図である。
１１ ・・・ （０１２）サファイア基板 １２ ・・・ （１００）ＬｉＮｂＯ3薄膜 １３ ・・・ 圧電性基板
Claims (3)
- 【請求項１】 成膜基板上に圧電体薄膜を形成してなる
圧電体基板の製造方法であって、成膜基板として（０１
２）サファイア基板を用い、該基板上に圧電体薄膜を１
μｍ／ｈ以上の成膜速度で成膜することにより（１０
０）配向した圧電体薄膜を形成することを特徴とする圧
電体基板の製造方法。 - 【請求項２】 前記圧電体薄膜が、ＬｉＮｂＯ3、Ｌｉ
ＴａＯ3、または両者の固溶体のいずれかであることを
特徴とする請求項１に記載の圧電体基板の製造方法。 - 【請求項３】 前記圧電体薄膜は、ＭＯＣＶＤ法によっ
て作製されたものであることを特徴とする請求項１また
は２のいずれかに記載の圧電体基板の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14494599A JP2000332314A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 圧電体基板の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14494599A JP2000332314A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 圧電体基板の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000332314A true JP2000332314A (ja) | 2000-11-30 |
Family
ID=15373852
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14494599A Pending JP2000332314A (ja) | 1999-05-25 | 1999-05-25 | 圧電体基板の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000332314A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011037145A1 (ja) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波装置 |
| CN102206092A (zh) * | 2011-03-17 | 2011-10-05 | 南开大学 | 掺铒铌酸锂多孔材料制备方法及其制备材料 |
| CN111355460A (zh) * | 2018-12-20 | 2020-06-30 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 谐振器制作方法 |
-
1999
- 1999-05-25 JP JP14494599A patent/JP2000332314A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011037145A1 (ja) * | 2009-09-25 | 2011-03-31 | 株式会社村田製作所 | 弾性表面波装置 |
| US8304959B2 (en) | 2009-09-25 | 2012-11-06 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Surface acoustic wave device |
| CN102206092A (zh) * | 2011-03-17 | 2011-10-05 | 南开大学 | 掺铒铌酸锂多孔材料制备方法及其制备材料 |
| CN111355460A (zh) * | 2018-12-20 | 2020-06-30 | 中国电子科技集团公司第十三研究所 | 谐振器制作方法 |
| US11984864B2 (en) | 2018-12-20 | 2024-05-14 | The 13Th Research Institute Of China Electronics Technology Group Corporation | Method for manufacturing resonator |
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