JP2015227277A - Method of manufacturing piezoelectric oxide single crystal substrate - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a piezoelectric oxide single crystal substrate which is good in productivity, low-cost, and free of problems of cracking and warpage, and has excellent temperature characteristics and no pyroelectricity.SOLUTION: There is provided a method of manufacturing a piezoelectric oxide single crystal substrate that includes: a process of cutting an oxide single crystal substrate out by slicing an oxide single crystal ingot comprising a practically congruent composition having been subjected to single polarization processing; a process of burying the substrate in powder including an Li compound; a vapor-phase processing process of performing reforming so that the substrate has a profile having a higher Li toward a surface and decreasing in Li concentration inward by diffusing Li into the substrate from the surface by heating at 850-1,000°C and for 10-50 hours in an atmosphere including no oxygen; and a process of polishing the substrate. The Li concentration profile from the surface to a center part of the substrate can be confirmed from a distribution of half-value widths of Raman shift peaks of almost 600 cm-1 as indexes for Li diffusion amounts measured in a depth direction from the surface.

Description

本発明は、弾性表面波素子などに用いる圧電性酸化物単結晶基板の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for manufacturing a piezoelectric oxide single crystal substrate used for a surface acoustic wave element or the like.

近年の携帯電話の通信システムは、複数の通信規格をサポートし、各々の通信規格は複数の周波数バンドから構成される形態へと進展している。このような携帯電話の周波数調整・選択用の部品として、例えば圧電基板上に弾性表面波を励起するための櫛形電極が形成された弾性表面波(「SAW」:Surface Acoustic Wave)デバイスが用いられている。   Recent mobile phone communication systems support a plurality of communication standards, and each communication standard has progressed to a form composed of a plurality of frequency bands. As a part for frequency adjustment / selection of such a mobile phone, for example, a surface acoustic wave (“SAW”) device in which a comb electrode for exciting a surface acoustic wave is formed on a piezoelectric substrate is used. ing.

そして、この弾性表面波デバイスには、小型で挿入損失が小さく、不要波を通さない性能が要求されるため、その材料として、タンタル酸リチウム:LiTaO(以下、「LT」と記すこともある)やニオブ酸リチウム:LiNbO(以下、「LN」と記すこともある)などの圧電材料が用いられる。特に、第四世代の携帯電話の通信規格は送信受信の周波数バンド間隔が狭かったり、バンド゛幅が広いものが多いが、一方で、温度により弾性表面波デバイス用材料の特性が変化して周波数選択域がずれるため、フィルタやデュプレクサ機能に支障を来す問題が生じている。それ故、温度に対して特性変動が少なく、帯域が広い弾性表面波デバイス用の材料が渇望されている。 This surface acoustic wave device is required to have a small size, a small insertion loss, and a performance that prevents unnecessary waves from passing through. Therefore, lithium tantalate: LiTaO 3 (hereinafter referred to as “LT”) may be used as the material. ) And lithium niobate: LiNbO 3 (hereinafter, sometimes referred to as “LN”) are used. In particular, many of the 4th generation mobile phone communication standards have narrower transmission / reception frequency band intervals or wider band widths, but on the other hand, the characteristics of surface acoustic wave device materials change with temperature, resulting in frequency changes. Since the selection range is shifted, there is a problem that the filter and the duplexer function are hindered. Therefore, a material for a surface acoustic wave device having a small characteristic variation with respect to temperature and a wide band is desired.

また、弾性表面波デバイスの製造プロセスにおいて、その材料に100〜300℃の温度をかける工程が複数あるため、その弾性表面波デバイス用材料に焦電性があると、この材料に1KVを超す帯電が発生し放電が発生する事態となる。この放電は、弾性表面波デバイスの製造歩留まりを低下させることになるので好ましくない。また、弾性表面波デバイス用材料の帯電が時間と共に減衰する程度の弱い焦電性であるとしても、温度変化によって弾性表面波デバイスの電極にノイズが発生するので好ましくない。   In the surface acoustic wave device manufacturing process, there are a plurality of steps of applying a temperature of 100 to 300 ° C. to the material. If the surface acoustic wave device material has pyroelectricity, the material is charged to exceed 1 KV. Occurs and discharge occurs. This discharge is not preferable because it decreases the manufacturing yield of the surface acoustic wave device. Further, even if the charge of the surface acoustic wave device material is weak pyroelectricity that attenuates with time, it is not preferable because noise is generated in the electrode of the surface acoustic wave device due to temperature change.

一方で、特許文献1には、電極材料に銅を用いた、主に気相法により得られるストイキオメトリー組成LTは、IDT電極に高い電力が入力される瞬間に破壊されるブレークダウンモードが生じにくくなるために好ましいと記載されている。特許文献2にも、気相法により得られるストイキオメトリー組成LTに関する詳細な記載がある。また、特許文献5及び非特許文献2にも、気相平衡法により、厚み方向に渡ってLT組成を一様にLiリッチに変質させたLTを弾性表面波素子に用いると、その周波数温度特性が改善されて好ましい旨の報告がある。   On the other hand, Patent Document 1 discloses a breakdown mode in which a stoichiometric composition LT obtained mainly by a vapor phase method using copper as an electrode material is destroyed at the moment when high power is input to an IDT electrode. It is described as preferable because it is less likely to occur. Patent Document 2 also has a detailed description regarding the stoichiometric composition LT obtained by the gas phase method. Also, in Patent Document 5 and Non-Patent Document 2, when an LT in which an LT composition is uniformly transformed into Li-rich in the thickness direction by a vapor phase equilibrium method is used for a surface acoustic wave device, its frequency-temperature characteristics Has been reported to be preferable.

しかし、これら特許文献に記載の方法では、必ずしも好ましい結果が得られないことが判明した。特に、特許文献5に記載の方法によると、気相でウェハを処理するために1300℃程度の高温で60時間という長時間を要するため、製造温度が高く、ウェハの反りが大きく、クラックの発生率が高いために、生産性が悪く、弾性表面波デバイス用材料としては高価なものとなってしまうという問題がある。しかも、LiOの蒸気圧が低くLi源からの距離によっては被改質サンプルの改質度にバラツキが生じるために、特性のバラツキも大きく、工業化するためにはかなり改善が必要である。 However, it has been found that the methods described in these patent documents do not always give favorable results. In particular, according to the method described in Patent Document 5, it takes a long time of 60 hours at a high temperature of about 1300 ° C. to process the wafer in the gas phase, so that the manufacturing temperature is high, the warpage of the wafer is large, and cracks are generated. Since the rate is high, productivity is poor, and there is a problem that the surface acoustic wave device material is expensive. Moreover, since the vapor pressure of Li 2 O is low and the degree of modification of the sample to be modified varies depending on the distance from the Li source, the variation in characteristics is also large, and considerable improvement is necessary for industrialization.

また、特許文献5には、板厚0.5mmt、処理温度1200℃〜1350℃という製造条件に関する記載があるが、これは、古くからの製造方法そのままであり、弾性表面波素子に求められる基板厚よりかなり厚いものである。気相処理後にこの基板を薄くして所望の厚さに仕上げることも考えられるが、Liを拡散させて歪を与えているために、加工中の割れの発生率が高くなるうえに、加工コストも高くなるし、0.5mmtを0.25mmtの厚さにするにはその半分を削り落とすこととなるため、材料コストを考えても高コストになることは明らかである。   In addition, Patent Document 5 describes a manufacturing condition of a plate thickness of 0.5 mmt and a processing temperature of 1200 ° C. to 1350 ° C., but this is an old manufacturing method as it is, and a substrate thickness required for a surface acoustic wave device. It is much thicker. Although it may be possible to thin this substrate after the vapor phase treatment and finish it to the desired thickness, since Li is diffused and distorted, the rate of cracking during processing increases and the processing cost increases. It is obvious that half of the thickness of 0.5 mmt is reduced to 0.25 mmt, and the cost is high even when considering the material cost.

さらに、特許文献5に記載の弾性表面波素子用タンタル酸リチウム単結晶基板では、本発明者らによる調査の過程において、弱い焦電性を有することが判明したので、この焦電性を除去するために、その一例として、特許文献6に記載の方法によって焦電性除去を行ったところ、焦電性を完全に除去することは不可能であった。   Further, the lithium tantalate single crystal substrate for a surface acoustic wave element described in Patent Document 5 was found to have weak pyroelectricity in the process of investigation by the present inventors, and this pyroelectricity is removed. Therefore, as an example, when pyroelectric removal was performed by the method described in Patent Document 6, it was impossible to completely remove pyroelectricity.

次に、特許文献3には、LiNbOやLiTaOなどをプロトン交換し、LiNbOやLiTaOなどの表層に屈折率分布をつける製造方法が記載されている。しかし、プロトン交換を施してしまうと、LiNbOやLiTaOなどの圧電性が損なわれてしまうために、弾性表面波デバイス用材料として使用できなくなるという問題がある。 Then, Patent Document 3, and then proton-exchanged LiNbO 3 or LiTaO 3, a manufacturing method of attaching a refractive index distribution in the surface layer, such as LiNbO 3 and LiTaO 3 are described. However, if proton exchange is performed, the piezoelectricity of LiNbO 3 , LiTaO 3, or the like is impaired, and thus there is a problem that it cannot be used as a material for a surface acoustic wave device.

また、非特許文献1には、2重ルツボによる引き上げ法により作成した定比組成の38.5°回転YカットのLiTaO(以下、「ストイキオメトリー組成LT又はSLT」と記すことがある)は、通常の引き上げ法により作成した組成比が一致する溶融組成LiTaO(以下、「コングルーエント組成LT又はCLT」と記すことがある)と比べて、電気機械結合係数が20%も高く好ましいと記載されている。しかし、非特許文献1に記載のLTを用いる場合には、そのSLTの引き上げ速度が通常の引き上げ方法の場合と比べて、1桁小さく、コスト高となるため、このままの方法では、SLTを弾性表面波デバイスの用途に用いることは難しいという問題がある。 In Non-Patent Document 1, 38.5 ° rotated Y-cut LiTaO 3 (hereinafter referred to as “stoichiometric composition LT or SLT”) having a constant ratio composition prepared by a pulling method using a double crucible is: It is described that the electromechanical coupling coefficient is as high as 20% compared to a molten composition LiTaO 3 (hereinafter, sometimes referred to as “congruent composition LT or CLT”) having the same composition ratio prepared by a normal pulling method. Has been. However, when the LT described in Non-Patent Document 1 is used, the SLT pulling speed is an order of magnitude smaller than that of the normal pulling method and the cost is high. There is a problem that it is difficult to use for surface wave device applications.

「ITを支えるオプトメディア結晶の実用開発」科学技術振興調整費成果報告書、2002年、北村健二"Practical development of optomedia crystals that support IT," Science and Technology Promotion Coordination Results Report, 2002, Kenji Kitamura Bartasyte、A.et.al、“Reduction of temperature coefficient of frequency in LiTaO3 single crystals for surface acoustic wave applications”Applications of Ferroelectrics held jointly with 2012 European Conference on the Applications of Polar Dielectrics and 2012 International Symp Piezoresponse Force Microscopy and Nanoscale Phenomena in Polar Materials (ISAF/ECAPD/PFM)、 2012 Intl Symp、2012、Page(s):1−3Bartasyte, A. et. al, “Reduction of temperature coefficient of frequency in LiTaO3 single crystals for surface acoustic wave applications” Applications of Ferroelectrics held jointly with 2012 European Conference on the Applications of Polar Dielectrics and 2012 International Symp Piezoresponse Force Microscopy and Nanoscale Phenomena in Polar Materials (ISAF / ECAPD / PFM), 2012 Intl Symp, 2012, Page (s): 1-3

特開2011−135245号JP2011-135245A 米国特許第6652644号(B1)US Pat. No. 6,652,644 (B1) 特開2003−207671号JP 2003-207671 A 特開2013−66032号JP2013-66032A WO2013/135886(A1)WO2013 / 135886 (A1) 特許第4220997号Patent No. 4220997

そこで、本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、生産性が良く、低コストで、しかもワレや反りの問題がなく、温度特性が良好な圧電性酸化物単結晶基板の製造方法を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to provide a piezoelectric oxide unit having good productivity, low cost, no problem of cracking and warping, and good temperature characteristics. It is to provide a method for manufacturing a crystal substrate.

発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行ったところ、概略コングルーエント組成の基板にLi拡散の気相処理を施して、基板表面ほどLi濃度が高く、内部へ行くに従ってLi濃度が減少するプロファイルを示す結晶構造に改質すれば、板厚方向の中心部付近まで一様なLi濃度の結晶構造に改質しなくても、弾性表面波素子用として、反りが小さく、ワレやキズがない、温度特性が良好な圧電性酸化物単結晶基板が得られることを見出して、本発明に至ったものである。   The inventors conducted extensive studies to achieve the above object, and performed a Li diffusion vapor phase treatment on a substrate having a substantially congruent composition. If it is modified to a crystal structure showing a profile in which the concentration decreases, the warp is small for surface acoustic wave devices, even without modifying to a uniform Li concentration crystal structure near the center in the thickness direction, The present inventors have found that a piezoelectric oxide single crystal substrate having no cracks and scratches and good temperature characteristics can be obtained, and the present invention has been achieved.

すなわち、本発明は、単一分極処理を施した概略コングルーエント組成からなる酸化物単結晶インゴットをスライスして酸化物単結晶基板を切り出す工程と、Li化合物を含む粉体の中に基板を埋め込む工程と、酸素が含まない雰囲気において、850℃〜1000℃で、20時間〜50時間の加熱によって前記基板の表面から内部へLiを拡散させて、表面ほどLi濃度が高く、内部へ行くに従ってLi濃度が減少するプロファイルを示すように改質する気相処理工程と、この基板を研磨加工する工程と、を含むことを特徴とするものである。   That is, the present invention includes a step of slicing an oxide single crystal ingot having a substantially congruent composition that has undergone a single polarization treatment to cut out the oxide single crystal substrate, and a substrate in a powder containing a Li compound. In the atmosphere that does not contain oxygen in an embedding step and 850 ° C. to 1000 ° C., Li is diffused from the surface of the substrate to the inside by heating for 20 to 50 hours. The method includes a gas phase treatment step for modifying so as to show a profile in which the Li concentration decreases, and a step for polishing the substrate.

また、本発明の気相処理工程は、例えば、窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空の酸素が含まない雰囲気で行うことが好ましい。その場合、Li拡散による改質を表面から厚さ方向の深さで10μm〜50μmの範囲まで行うことが好ましく、改質された範囲の少なくとも一部の組成は疑似ストイキオメトリー組成になっていることが好ましい。また、気相処理工程後に基板をキュリー温度以上でアニール処理を施すことが好ましい。   Moreover, it is preferable to perform the gaseous-phase process process of this invention in the atmosphere which does not contain nitrogen atmosphere, inert gas atmosphere, or vacuum oxygen, for example. In that case, it is preferable to perform modification by Li diffusion from the surface to a depth of 10 μm to 50 μm in the thickness direction, and at least a part of the modified range has a pseudo stoichiometric composition. It is preferable. Further, it is preferable that the substrate is annealed at the Curie temperature or higher after the vapor phase treatment step.

さらに、本発明の基板の厚さは、200μm以上400μm以下であることが好ましく、Li化合物を含む粉体の平均粒径は、0.1μm以上100μm以下であることが好ましい。   Furthermore, the thickness of the substrate of the present invention is preferably 200 μm or more and 400 μm or less, and the average particle size of the powder containing the Li compound is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less.

本発明によれば、従来の方法と比べて、低い温度で、短時間に、温度特性が良好な圧電性酸化物単結晶基板を製造することができるので、反りが小さく、ワレやキズのない基板を、生産性良く、低コストで製造することができる。   According to the present invention, a piezoelectric oxide single crystal substrate having good temperature characteristics can be manufactured at a low temperature and in a short time as compared with the conventional method, so that the warpage is small and there is no crack or scratch. The substrate can be manufactured with high productivity and low cost.

図1は、実施例1で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板のラマンプロファイルを示すものである。FIG. 1 shows the Raman profile of the lithium tantalate single crystal substrate obtained in Example 1. 図2は、実施例1で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板に形成した入出力端子を施した直列共振SAWレゾネータの挿入損失波形を示すものである。FIG. 2 shows an insertion loss waveform of the series resonant SAW resonator formed with the input / output terminals formed on the lithium tantalate single crystal substrate obtained in the first embodiment. 図3は、実施例1で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板に形成した入出力端子を施した並列共振SAWレゾネータの挿入損失波形を示すものである。FIG. 3 shows an insertion loss waveform of the parallel resonant SAW resonator formed with the input / output terminals formed on the lithium tantalate single crystal substrate obtained in the first embodiment. 図4は、実施例1で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板に形成したSAWレゾネータの反共振周波数の温度依存性を示すものである。FIG. 4 shows the temperature dependence of the antiresonance frequency of the SAW resonator formed on the lithium tantalate single crystal substrate obtained in Example 1. 図5は、実施例1で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板に形成したSAWレゾネータの共振周波数の温度依存性を示すものである。FIG. 5 shows the temperature dependence of the resonance frequency of the SAW resonator formed on the lithium tantalate single crystal substrate obtained in Example 1. 図6は、実施例2で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板のラマンプロファイルを示すものである。FIG. 6 shows the Raman profile of the lithium tantalate single crystal substrate obtained in Example 2. 図7は、実施例2で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板に形成した入出力端子を施した直列共振SAWレゾネータの挿入損失波形を示すものである。FIG. 7 shows an insertion loss waveform of the series resonant SAW resonator formed with the input / output terminals formed on the lithium tantalate single crystal substrate obtained in the second embodiment. 図8は、実施例2で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板に形成した入出力端子を施した並列共振SAWレゾネータの挿入損失波形を示すものである。FIG. 8 shows an insertion loss waveform of the parallel resonant SAW resonator formed with the input / output terminals formed on the lithium tantalate single crystal substrate obtained in the second embodiment. 図9は、実施例2で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板に形成したSAWレゾネータの反共振周波数の温度依存性を示すものである。FIG. 9 shows the temperature dependence of the antiresonance frequency of the SAW resonator formed on the lithium tantalate single crystal substrate obtained in Example 2. 図10は、実施例2で得られたタンタル酸リチウム単結晶基板に形成したSAWレゾネータの共振周波数の温度依存性を示すものである。FIG. 10 shows the temperature dependence of the resonance frequency of the SAW resonator formed on the lithium tantalate single crystal substrate obtained in Example 2.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されるものではない。   Hereinafter, although an embodiment of the present invention is described in detail, the present invention is not limited to this.

本発明は、単一分極処理を施した概略コングルーエント組成からなる酸化物単結晶インゴットから、これをスライスして小片の基板(以下、「ウェハ」又は「小片」と記すことがある)を切り出し、Li化合物を含む粉体の中にこれを埋め込むと共に、酸素が含まない雰囲気において、基板表面から内部へLiを拡散させるために、850℃〜1000℃で10時間〜50時間程度加熱する気相処理を施して、表面ほどLi濃度が高く、内部へ行くに従ってLi濃度が減少するプロファイルを示すように改質することを主な特徴とするものである。本発明により製造される圧電性酸化物単結晶基板の材料としては、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム、四ホウ酸リチウムなどのリチウム化合物が挙げられる。   In the present invention, a single substrate (hereinafter, referred to as “wafer” or “small piece”) is obtained by slicing an oxide single crystal ingot having a substantially congruent composition subjected to a single polarization process. Cut and embed this in a powder containing Li compound, and in an atmosphere that does not contain oxygen, in order to diffuse Li from the substrate surface to the inside, it is heated for 10 hours to 50 hours at 850 ° C to 1000 ° C. The main characteristic is that the surface treatment is performed so as to show a profile in which the Li concentration is higher toward the surface and the Li concentration decreases toward the inside. Examples of the material of the piezoelectric oxide single crystal substrate manufactured according to the present invention include lithium compounds such as lithium tantalate, lithium niobate, and lithium tetraborate.

ここで、本発明における「疑似ストイキオメトリー組成」とは、材料によって異なるが、例えば、タンタル酸リチウム単結晶基板においては、Li/(Li+Ta)が0.490〜0.510である組成を示し、ニオブ酸リチウム単結晶基板においては、Li/(Li+Nb)が0.490〜0.510である組成を示す。他の材料についても技術常識に基づいて「疑似ストイキオメトリー組成」を定義すればよい。   Here, the “pseudo stoichiometric composition” in the present invention differs depending on the material. For example, in a lithium tantalate single crystal substrate, Li / (Li + Ta) represents a composition of 0.490 to 0.510. In the lithium niobate single crystal substrate, Li / (Li + Nb) has a composition of 0.490 to 0.510. For other materials, a “pseudo stoichiometric composition” may be defined based on common technical knowledge.

粉体に含まれるLi化合物の材料は、特に限定されないが、改質処理工程が施される酸化物単結晶基板材料と同様の元素を含む化合物であることが好ましい。例えば、酸化物単結晶基板の材料がLiTaOである場合は、LiTaOを粉体材料の主成分とすることが好ましく、LiNbOである場合はLiNbOを粉体材料の主成分とすることが好ましい。また、粉体は単一の化合物からなってもよいが、複数の化合物の混合物であってもよい。 The material of the Li compound contained in the powder is not particularly limited, but is preferably a compound containing the same element as the oxide single crystal substrate material subjected to the modification treatment step. For example, when the material of the oxide single crystal substrate is LiTaO 3 , Li 3 TaO 4 is preferably the main component of the powder material, and when it is LiNbO 3 , Li 3 NbO 4 is the main component of the powder material. It is preferable to use as a component. The powder may be composed of a single compound, but may be a mixture of a plurality of compounds.

また、本発明のLi拡散の気相処理は、リチウムを結晶構造中の欠損部分に充填し、タンタルとリチウムの比率が1:1のストイキオメトリーの比率に近づける手法であり、この気相処理を酸素が存在する雰囲気よりも酸素が含まない、例えば、窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空の何れかの雰囲気で行う方がLiの拡散が進んでいくため、処理時間の短縮化により、基板の反りを小さくすることができるので好ましい。   The vapor phase treatment of Li diffusion according to the present invention is a technique in which a defect portion in a crystal structure is filled and a ratio of tantalum to lithium is close to a stoichiometric ratio of 1: 1. Since the diffusion of Li is promoted in a nitrogen atmosphere, an inert gas atmosphere, or a vacuum atmosphere that does not contain oxygen than the atmosphere in which oxygen exists, for example, by reducing the processing time, This is preferable because the warpage can be reduced.

その理由は、必ずしも明らかではないが、反応雰囲気を、例えば、窒素雰囲気とすることで結晶構造にLi欠損部位以外に酸素欠損部位が生じてしまうために、この酸素欠損部位を利用してLiの拡散が進んでいくのではないかと考えられる。また、Liが元来のLi欠損部位を充填すること以外に、この酸素欠損部位と何らかの相互作用が働いて、結果として、従来にない新しい結晶構造ができているのではないかとも考えられる。   The reason for this is not necessarily clear, but for example, by setting the reaction atmosphere to a nitrogen atmosphere, oxygen deficient sites other than Li deficient sites are generated in the crystal structure. It is thought that diffusion will progress. In addition to the fact that Li fills the original Li deficiency site, it is thought that some interaction with this oxygen deficiency site works, and as a result, an unprecedented new crystal structure may be formed.

また、本発明のLi拡散の気相処理は、850℃〜1000℃で10時間〜50時間程度行うことが好ましい。加熱温度が高温すぎると、基板の反りが大きくなり、生産性も悪くなる。また、処理時間が短いと、比較例2の場合のように、そのSAW応答特性が劣化するし、一方、処理時間が長すぎると、反りが大きくなって生産性を悪化させるからである。   Further, the Li diffusion gas phase treatment of the present invention is preferably performed at 850 ° C. to 1000 ° C. for about 10 hours to 50 hours. When the heating temperature is too high, the warpage of the substrate increases and the productivity also deteriorates. Further, when the processing time is short, the SAW response characteristic is deteriorated as in the case of Comparative Example 2, while when the processing time is too long, the warpage is increased and the productivity is deteriorated.

さらに、本発明の気相処理工程では、Li拡散による改質を表面から厚さ方向の深さで10μm〜50μm程度の範囲まで行うことが好ましい。改質の深さが10μmより浅いと、SAW応答特性が劣化するし、50μmより深くまで改質させると、その処理温度が高く、時間も長くなるために、反りやワレの問題が生じて好ましくないからである。   Furthermore, in the gas phase treatment process of the present invention, it is preferable to perform modification by Li diffusion to a depth of about 10 μm to 50 μm in the thickness direction from the surface. If the depth of modification is less than 10 μm, the SAW response characteristics will deteriorate, and if it is modified to a depth of more than 50 μm, the treatment temperature will be high and the time will be longer, which will cause problems of warpage and cracking. Because there is no.

本発明の気相処理工程では、改質された範囲の少なくとも一部の組成が疑似ストイキオメトリー組成となるように改質することが好ましい。特に、基板の表面の組成が疑似ストイキオメトリー組成となるように改質することが好ましい。   In the gas phase treatment step of the present invention, it is preferable to modify so that at least a part of the modified range has a pseudo stoichiometric composition. In particular, it is preferable to modify so that the composition of the surface of the substrate becomes a pseudo stoichiometric composition.

ここで、本発明における「疑似ストイキオメトリー組成」とは、材料によって異なるが、例えば、タンタル酸リチウム単結晶基板においては、Li/(Li+Ta)が0.490〜0.510である組成を示し、ニオブ酸リチウム単結晶基板においては、Li/(Li+Nb)が0.490〜0.510である組成を示す。他の材料についても技術常識に基づいて「疑似ストイキオメトリー組成」を定義すればよい。   Here, the “pseudo stoichiometric composition” in the present invention differs depending on the material. For example, in a lithium tantalate single crystal substrate, Li / (Li + Ta) represents a composition of 0.490 to 0.510. In the lithium niobate single crystal substrate, Li / (Li + Nb) has a composition of 0.490 to 0.510. For other materials, a “pseudo stoichiometric composition” may be defined based on common technical knowledge.

圧電性酸化物単結晶基板の組成を評価する方法としては、キュリー温度測定などの公知の方法を用いればよいが、ラマン分光法を用いることによって非破壊で局所的な組成を評価することが可能である。   As a method for evaluating the composition of the piezoelectric oxide single crystal substrate, a known method such as Curie temperature measurement may be used, but nondestructive local composition can be evaluated by using Raman spectroscopy. It is.

タンタル酸リチウム単結晶やニオブ酸リチウム単結晶については、ラマンシフトピークの半値幅とLi濃度(Li/(Li+Ta)の値)との間に、おおよそ線形な関係が得られることが知られている(2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings、Page(s):1252-1255、Applied Physics A 56、311-315 (1993)参照)。したがって、このような関係を表す式を用いれば、酸化物単結晶基板の任意の位置における組成を評価することが可能である。   For lithium tantalate single crystals and lithium niobate single crystals, it is known that an approximately linear relationship can be obtained between the half-value width of the Raman shift peak and the Li concentration (Li / (Li + Ta) value). (See 2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page (s): 1252-1255, Applied Physics A 56, 311-315 (1993)). Therefore, by using an expression representing such a relationship, the composition at an arbitrary position of the oxide single crystal substrate can be evaluated.

ラマンシフトピークの半値幅とLi濃度との関係式は、組成が既知であり、Li濃度が異なるいくつかの試料について、ラマン半値幅を測定することによって得られるが、ラマン測定の条件が同じであれば、文献などで既に明らかになっている関係式を用いてもよい。例えば、タンタル酸リチウム単結晶については、下記式(1)を用いてもよく(2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings、Page(s):1252-1255参照)、ニオブ酸リチウム単結晶については下記式(2)または(3)を用いてもよい(Applied Physics A 56、311-315 (1993)参照)。
Li/(Li+Ta)=(53.15−0.5FWHM)/100 (1)
Li/(Li+Nb)=(53.03−0.4739FWHM)/100 (2)
Li/(Li+Nb)=(53.29−0.1837FWHM)/100 (3)
The relational expression between the half-width of the Raman shift peak and the Li concentration is obtained by measuring the Raman half-width for several samples with known compositions and different Li concentrations, but the Raman measurement conditions are the same. If there is, a relational expression already known in literature may be used. For example, for lithium tantalate single crystal, the following formula (1) may be used (see 2012 IEEE International Ultrasonics Symposium Proceedings, Page (s): 1252-1255), and for lithium niobate single crystal, the following formula (2 ) Or (3) may be used (see Applied Physics A 56, 311-315 (1993)).
Li / (Li + Ta) = (53.15-0.5FWHM 1 ) / 100 (1)
Li / (Li + Nb) = (53.03-0.4739FWHM 2 ) / 100 (2)
Li / (Li + Nb) = (53.29−0.1837FWHM 3 ) / 100 (3)

ここで、FWHMは、600cm−1付近のラマンシフトピークの半値幅であり、FWHMは、153cm−1付近のラマンシフトピークの半値幅であり、FWHMは、876cm−1付近のラマンシフトピークの半値幅である。なお、測定条件の詳細については、各文献を参照されたい。 Here, FWHM 1 is the half width of the Raman shift peak near 600 cm −1 , FWHM 2 is the half width of the Raman shift peak near 153 cm −1 , and FWHM 3 is the Raman shift near 876 cm −1. The half width of the peak. Refer to each document for details of the measurement conditions.

本発明の基板の厚さは、200μm以上400μm以下であることが好ましい。基板の厚さが厚すぎると、処理温度を高く設定せざるを得ないし、処理時間も長くなることから、反りが小さく、ワレやキズのない基板を得ることが困難になるからである。   The thickness of the substrate of the present invention is preferably 200 μm or more and 400 μm or less. This is because if the substrate is too thick, the processing temperature must be set high and the processing time becomes long, so that it is difficult to obtain a substrate with little warpage and no cracks or scratches.

なお、本発明の製造方法では、焦電性がない温度特性の良好なLT基板を製造することができるが、焦電性がやや劣る場合でも、反りやワレ等の問題がなく、SAW波形特性が良好であれば、弾性表面波素子用として十分に使用可能である。   The manufacturing method of the present invention can produce an LT substrate with good temperature characteristics without pyroelectricity, but even if the pyroelectricity is somewhat inferior, there are no problems such as warping and cracking, and SAW waveform characteristics. Can be sufficiently used for a surface acoustic wave device.

本発明に使用するLi化合物を含む粉体の平均粒径は、0.1μm以上100μm以下であることが好ましく、1μm以上50μm以下であることがより好ましい。粉体の平均粒径が100μmを超えて大きい場合は、気相処理工程において、粉体と酸化物単結晶基板との接触が不均一になるため、基板面内のLi拡散のばらつきが大きくなり、製造した圧電性酸化物単結晶基板の特性ばらつきが顕著となるので好ましくない。   The average particle size of the powder containing the Li compound used in the present invention is preferably from 0.1 μm to 100 μm, and more preferably from 1 μm to 50 μm. When the average particle size of the powder is larger than 100 μm, the contact between the powder and the oxide single crystal substrate becomes non-uniform in the gas phase treatment process, so the dispersion of Li diffusion in the substrate surface increases. This is not preferable because the characteristic variation of the manufactured piezoelectric oxide single crystal substrate becomes remarkable.

ここで、本発明の粉体の「平均粒径」とは、レーザ回折・散乱法により粒径分布を測定し、各粒径の粒子の体積で重みづけした平均径(体積平均径)をもって「平均粒径」とする。そして、粒径分布の分布幅やばらつきの小さい方が、粉体と酸化物単結晶基板との接触が均一となるために好ましい。   Here, the “average particle diameter” of the powder of the present invention is a particle diameter distribution measured by a laser diffraction / scattering method, and an average diameter (volume average diameter) weighted by the volume of each particle diameter is “ Average particle diameter ". A smaller distribution width or variation in the particle size distribution is preferable because the contact between the powder and the oxide single crystal substrate becomes uniform.

次に、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。   Next, the present invention will be specifically described based on examples.

<実施例1>
実施例1では、最初に、単一分極処理を施した概略コングルーエント組成のLi:Taの比が48.5:51.5の割合の4インチ径タンタル酸リチウム単結晶インゴットをスライスして、Zカット及び38.5°回転Yカットのタンタル酸リチウム基板を300μm厚に切り出した。その後、必要に応じて、各スライスウェハの面粗さをラップ工程によりRa値で0.15μmに調整し、その仕上がり厚みを250μmとした。次に、片側表面を平面研磨によりRa値で0.01μmの準鏡面に仕上げた基板を、Li3TaO4を主成分とするLi、Ta、Oから成る粉体の中に埋め込んだ。この場合、Li3TaO4を主成分とする粉体として、Li2CO3:Ta2O5粉をモル比で7:3の割合に混合し、1300℃で12時間焼成したものを用いた。
<Example 1>
In Example 1, first, a 4-inch diameter lithium tantalate single crystal ingot having a ratio of Li: Ta of approximately congruent composition subjected to a single polarization treatment and a ratio of 48.5: 51.5 was sliced, and Z-cut and A 38.5 ° rotated Y-cut lithium tantalate substrate was cut to a thickness of 300 μm. Thereafter, if necessary, the surface roughness of each slice wafer was adjusted to a Ra value of 0.15 μm by a lapping process, and the finished thickness was 250 μm. Next, a substrate whose one side surface was finished to a quasi-mirror surface with an Ra value of 0.01 μm by plane polishing was embedded in a powder composed of Li, Ta, and O containing Li 3 TaO 4 as main components. In this case, as a powder mainly composed of Li 3 TaO 4 , Li 2 CO 3 : Ta 2 O 5 powder was mixed at a molar ratio of 7: 3 and baked at 1300 ° C. for 12 hours. .

この粉体0.1gをエタノールに分散させて、その粒径分布を測定した(日機装(株)製マイクロトラックMT3300II)ところ、得られた平均粒径は78μmであり、最大粒径は262μmあった。そして、このようなLi3TaO4を主成分とする粉体を小容器に敷き詰め、Li3TaO4粉中にスライスウェハを複数枚埋め込んだ。 When 0.1 g of this powder was dispersed in ethanol and the particle size distribution was measured (Microtrack MT3300II manufactured by Nikkiso Co., Ltd.), the obtained average particle size was 78 μm and the maximum particle size was 262 μm. . Then, such a powder mainly composed of Li 3 TaO 4 was spread in a small container, and a plurality of sliced wafers were embedded in the Li 3 TaO 4 powder.

次に、この小容器を電気炉にセットし、その炉内をN雰囲気として、950℃で36時間加熱して、スライスウェハの表面から中心部へLiを拡散させて、概略コングルーエント組成から疑似ストイキオメトリー組成に変化させた。その後、この処理を施したスライス基板に、大気下でキュリー温度以上の750℃で12時間アニール処理を施した。また、その粗面側をサンドブラストによりRa値で約0.15μmに仕上げ加工を行うと共に、その概略鏡面側を3μmの研磨加工を行って、複数枚のタンタル酸リチウム単結晶基板を得た。このとき、この基板はキュリー点以上の温度に曝されているが、この基板に単一分極化処理は施さなかった。 Next, this small container is set in an electric furnace, and the inside of the furnace is made into an N 2 atmosphere and heated at 950 ° C. for 36 hours to diffuse Li from the surface of the slice wafer to the center part, thereby forming a roughly congruent composition. To a pseudo-stoichiometric composition. Thereafter, the slice substrate subjected to this treatment was subjected to an annealing treatment at 750 ° C., which is equal to or higher than the Curie temperature, in the atmosphere for 12 hours. Further, the rough surface side was finished by sandblasting to an Ra value of about 0.15 μm, and the rough mirror side was polished by 3 μm to obtain a plurality of lithium tantalate single crystal substrates. At this time, this substrate was exposed to a temperature above the Curie point, but this substrate was not subjected to a single polarization treatment.

このように製造した基板の1枚について、レーザーラマン分光測定装置(HORIBA Scientific社製LabRam HRシリーズ、Arイオンレーザー、スポットサイズ1μm、室温)を用いて、この基板の外周側面から1cm以上離れた任意の部分について、表面から深さ方向に渡ってLi拡散量の指標である600cm-1付近のラマンシフトピークの半値幅を測定したところ、図1に示すラマンプロファイルの結果が得られた。 Using one of the substrates manufactured in this way, a laser Raman spectrometer (LabRam HR series manufactured by HORIBA Scientific, Ar ion laser, spot size 1 μm, room temperature) is arbitrarily separated from the outer peripheral side of this substrate by 1 cm or more. When the half width of the Raman shift peak near 600 cm −1, which is an index of the amount of Li diffusion, was measured from the surface in the depth direction, the result of the Raman profile shown in FIG. 1 was obtained.

図1のラマンプロファイルの結果によれば、この基板は、基板の深さ方向に約5μm〜約50μmの範囲にかけて、基板表面に近いほどラマン半値幅の値が減少し、基板中心部に近いほどラマン半値幅の値が増大するプロファイルを示した。   According to the results of the Raman profile shown in FIG. 1, the value of the half width of Raman decreases as the substrate is closer to the substrate surface in the depth direction of the substrate in the range of about 5 μm to about 50 μm. A profile in which the value of the Raman half width increases is shown.

以上の結果から、実施例1で製造された基板は、基板の深さ方向に約5μm〜約50μmの範囲にかけて、基板表面に近いほどLi濃度が高く、基板中心部に近いほどLi濃度が減少する濃度プロファイルを示すことが確認できた。   From the above results, the substrate manufactured in Example 1 has a higher Li concentration as it is closer to the substrate surface and a lower Li concentration as it is closer to the center of the substrate in the depth direction of the substrate. It was confirmed that a concentration profile was exhibited.

また、基板表面のラマン半値幅は、約6.1cm-1であるので、下記式(1)を用いると、基板表面の組成はおおよそLi/(Li+Ta)=0.501であり、疑似ストイキオメトリー組成になっていることが分かった。
Li/(Li+Ta)=(53.15−0.5FWHM)/100 (1)
Moreover, since the Raman half-width of the substrate surface is about 6.1 cm −1 , the following formula (1) is used, the composition of the substrate surface is approximately Li / (Li + Ta) = 0.501, and the pseudo stoichiometry It turned out to be a composition.
Li / (Li + Ta) = (53.15-0.5FWHM 1 ) / 100 (1)

さらに、このLi拡散を施した4インチ基板の反りをレーザ光による干渉方式で測定したところ、その値は50μmと小さい値であり、ワレやヒビは観測されなかった。さらに、これらタンタル酸リチウム単結晶基板をホットプレートで加熱し、その表面電位を測定したところ、電圧は0Vであったので、実施例1の基板は、これに加熱処理を施しても、表面に焦電性がないことを確認することができた。   Furthermore, when the warpage of the 4-inch substrate subjected to Li diffusion was measured by an interference method using a laser beam, the value was as small as 50 μm, and cracks and cracks were not observed. Furthermore, when these lithium tantalate single crystal substrates were heated with a hot plate and the surface potential was measured, the voltage was 0 V. Therefore, even if the substrate of Example 1 was subjected to heat treatment, It was confirmed that there was no pyroelectricity.

次に、Zカット及び38.5°Yカットから切り出した小片について、中国科学院声楽研究所製ピエゾd33/d15メータ(型式ZJ-3BN)にて、それぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、その電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であった。同じく、同装置のd15ユニットを使用して、夫々の主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、圧電性を示す波形が得られた。この小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩いて圧電応答を観測したところ、圧電応答を示す波形が得られた。
したがって、実施例1の基板は、圧電性を有するから、弾性表面波素子として使用可能であることを確認することができた。
Next, for the small piece cut out from the Z cut and 38.5 ° Y cut, vertical vibration in the thickness direction was given to the main surface and back surface of each piezo d33 / d15 meter (model ZJ-3BN) made by the Institute of Chinese Academy of Voices. As a result of observing the induced voltage waveform, the voltage was 0 V and the piezoelectric constant d33 was also zero. Similarly, by using the d15 unit of the same apparatus and observing the voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the respective main surface and back surface, a waveform indicating piezoelectricity was obtained. When this small piece was hit with the tip of a synchroscope probe and the piezoelectric response was observed, a waveform showing the piezoelectric response was obtained.
Therefore, since the substrate of Example 1 has piezoelectricity, it was confirmed that it could be used as a surface acoustic wave element.

次に、各小片の片面の表層からハンドラップで50μm厚だけ取り除いた小片について、シンクロスコープのプローブ先端で叩いて圧電応答を観測したところ、圧電応答は、上記の場合より小さい電圧が観測された。この各小片の反対の面についても同様にハンドラップで表層から50μm厚だけ除去した小片について、シンクロスコープのプローブ先端で叩いて観測したところ、圧電応答は観測されなかった。また、この小片について、d33/d15メータによりそれぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であった。同じく、同装置のd15ユニットを使用して、主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形は、圧電性を示さず、電圧は0Vであった。   Next, the piezoelectric response was observed by hitting the tip of the synchroscope with the tip of the synchroscope about the small piece removed from the surface layer of one side by hand wrapping from the surface layer of each small piece. . Similarly, on the opposite surface of each small piece, a small piece removed by 50 μm thickness from the surface layer by hand wrapping was observed by hitting with the tip of the synchroscope probe, and no piezoelectric response was observed. Further, when this small piece was observed by the d33 / d15 meter to observe the voltage waveform induced by applying vertical vibration in the thickness direction to the main surface and the back surface, the voltage was 0 V and the piezoelectric constant d33 was also zero. . Similarly, a voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the main surface and the back surface using the d15 unit of the same apparatus did not show piezoelectricity, and the voltage was 0V.

以上の結果から、実施例1の基板は、その表層部から50μmの深さに渡って、疑似ストイキオメトリー組成に改質して圧電性を示すが、50μmより深い部位では、圧電性を示さないことから、深さ方向中心部付近では、分極方向が一方向に揃っていない多分域構造であることが確認された。   From the above results, the substrate of Example 1 shows piezoelectricity by modifying to a pseudo stoichiometric composition over a depth of 50 μm from the surface layer portion, but shows piezoelectricity at a portion deeper than 50 μm. From this, it was confirmed that the multi-domain structure has a polarization direction that is not aligned in one direction near the center in the depth direction.

次に、Liの拡散処理とアニール処理を施して研磨処理を終えた4インチの38.5°Yカットのタンタル酸リチウム単結晶基板の表面に、スパッタ処理を施して0.05μm厚のAl膜を成膜した。その後、この処理を施した基板にレジストを塗布して、アライナにてSAWレゾネータとラダーフィルタのパタンを露光・現像し、RIEによりSAW特性評価用のパタニングを施した。このパタニングしたSAW電極の一波長は4.8μmとした。   Next, the surface of the 4 inch 38.5 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate, which has been polished by performing Li diffusion and annealing, was sputtered to form a 0.05 μm thick Al film. did. Thereafter, a resist was applied to the substrate subjected to this treatment, the SAW resonator and the ladder filter pattern were exposed and developed by an aligner, and patterning for SAW characteristic evaluation was performed by RIE. One wavelength of the patterned SAW electrode was 4.8 μm.

そして、このSAWレゾネータでは、入出力端子を施した直列共振タイプの共振子と並列共振タイプの共振子を形成して、RFプローバーにより、そのSAW波形特性を確認したところ、図2及び図3に示す結果が得られた。図2及び図3は、そのときのSAW波形特性をそれぞれ示すものであり、比較のために、Li拡散処理を施さない38.5°Yカットのタンタル酸リチウム単結晶基板のSAW波形特性を併せて図示している。   In this SAW resonator, a series resonance type resonator and a parallel resonance type resonator provided with input / output terminals were formed, and the SAW waveform characteristics were confirmed by an RF prober. The results shown are obtained. 2 and 3 show the SAW waveform characteristics at that time. For comparison, the SAW waveform characteristics of a 38.5 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate not subjected to Li diffusion treatment are also shown. Show.

したがって、この結果から、実施例1の基板も、弾性表面波素子用としての良好なSAW波形特性を示すことを確認することができた。   Therefore, from this result, it was confirmed that the substrate of Example 1 also showed good SAW waveform characteristics for a surface acoustic wave device.

次に、実施例1の基板の中央部と中央から結晶X軸方向に±20mm離れた場所におけるSAWの音速vrを、図3と同様の並列共振タイプの2ポート共振子の挿入損失図のディップ位置の周波数を共振周波数fa(MHz)とし、波長が4.8μmであることから、下記式(4)により算出した。
vr=fa×4.8(m/s) (4)
Then, the SAW of the sound velocity v r in away ± 20 mm from the center and the center of the substrate of Example 1 crystal X-axis direction, the insertion loss diagram of a two-port resonator similar parallel resonance type as FIG. 3 Since the frequency at the dip position is the resonance frequency f a (MHz) and the wavelength is 4.8 μm, it was calculated by the following formula (4).
vr = fa × 4.8 (m / s) (4)

その結果、基板の中央部と中央から結晶X軸方向に±20mm離れた場所の3点におけるSAWの音速vrのバラツキは、2m/s以下であった。また、比較のために、Li拡散処理を施さない38.5°Yカットのタンタル酸リチウム単結晶基板の前記と同様の3点の場所の音速バラツキは、1m/s以下であった。 As a result, the variation of the SAW sound velocity v r of the three points away ± 20 mm from the center and the center of the substrate to the crystal X-axis direction was less 2m / s. For comparison, the sound velocity variation at the same three points on the 38.5 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate not subjected to Li diffusion treatment was 1 m / s or less.

また、ステージの温度を約16℃〜70℃と変化させて、反共振周波数と共振周波数の温度係数を確認したところ、図4及び図5に示す結果が得られた。この結果によれば、実施例1の反共振周波数の温度係数は、図4から、-19ppm/℃であり、共振周波数の温度係数は、図5から、-15ppm/℃であるから、平均の周波数温度係数は、-17ppm/℃であった。また、比較のために、Li拡散処理を施さない38.5°Yカットのタンタル酸リチウム単結晶基板の温度係数は、反共振周波数の温度係数が-42ppm/℃であり、共振周波数の温度係数が-32ppm/℃であるから、平均の周波数温度係数は、-37ppm/℃であった。   Further, when the temperature of the stage was changed from about 16 ° C. to 70 ° C. and the temperature coefficients of the antiresonance frequency and the resonance frequency were confirmed, the results shown in FIGS. 4 and 5 were obtained. According to this result, the temperature coefficient of the anti-resonance frequency of Example 1 is -19 ppm / ° C from FIG. 4, and the temperature coefficient of the resonance frequency is -15 ppm / ° C from FIG. The frequency temperature coefficient was -17 ppm / ° C. For comparison, the temperature coefficient of the 38.5 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate not subjected to Li diffusion treatment is that the anti-resonance frequency temperature coefficient is -42ppm / ° C, and the temperature coefficient of the resonance frequency is- Since it was 32 ppm / ° C, the average frequency temperature coefficient was -37 ppm / ° C.

したがって、実施例1の基板は、Li拡散処理がなされていない基板と比べて、その平均の周波数温度係数が小さく、温度に対して特性変動が少ないから、温度特性が良好であることを確認することができた。   Therefore, since the substrate of Example 1 has a smaller average frequency temperature coefficient and less characteristic variation with respect to the temperature than the substrate not subjected to the Li diffusion treatment, it is confirmed that the temperature characteristics are good. I was able to.

<実施例2>
実施例2では、実施例1の場合と同様に、単一分極処理を施した概略コングルーエント組成のLi:Taの比が48.5:51.5の割合の4インチ径タンタル酸リチウム単結晶インゴットから、これをスライスして、Zカット及び42°回転Yカットタンタル酸リチウム基板を300μm厚に切り出した。その後、必要に応じて、各スライスウェハの面粗さをラップ工程によりRa値で0.15μmに調整し、実施例1と同じ条件でLi拡散処理を施して、概略コングルーエント組成から疑似ストイキオメトリー組成に変化させた。
<Example 2>
In Example 2, as in Example 1, from a 4 inch diameter lithium tantalate single crystal ingot having a ratio of Li: Ta of approximately congruent composition subjected to a single polarization treatment in a ratio of 48.5: 51.5, This was sliced, and a Z-cut and 42 ° rotated Y-cut lithium tantalate substrate was cut to a thickness of 300 μm. Thereafter, if necessary, the surface roughness of each slice wafer is adjusted to 0.15 μm in Ra value by a lapping process, Li diffusion treatment is performed under the same conditions as in Example 1, and a pseudo stoichiometric is obtained from the approximate congruent composition. The meter composition was changed.

次に、この実施例2では、実施例1と異なるアニール処理条件で、すなわちN2下でキュリー温度以上の1000℃で12時間のアニール処理をスライスウェハに施した。その後、実施例1と同様の仕上げ加工と研磨加工とを行って、複数枚のタンタル酸リチウム単結晶基板を得た。この場合、この基板はキュリー点以上の温度に曝されているが、この基板に単一分極化処理は施さなかった。 Next, in Example 2, at different annealing conditions as in Example 1, namely the annealed for 12 hours at the Curie temperature or higher of 1000 ° C. under N 2 slices wafer. Thereafter, finishing and polishing similar to those of Example 1 were performed to obtain a plurality of lithium tantalate single crystal substrates. In this case, this substrate was exposed to a temperature above the Curie point, but this substrate was not subjected to a single polarization treatment.

このように製造した基板の1枚について、この基板の表面から深さ方向に渡ってLi拡散量の指標である600cm-1付近のラマンシフトピークの半値幅を測定したところ、図6に示すラマンプロファイルの結果が得られた。図6の結果によれば、この基板は、基板表面から深さ方向に約50μmの範囲にかけて、基板表面に近いほどラマン半値幅の値が減少し、基板中心部に近いほどラマン半値幅の値が増大するプロファイルを示した。 For one of the substrates manufactured in this manner, the half-value width of the Raman shift peak near 600 cm −1, which is an index of the amount of Li diffusion, was measured from the surface of the substrate in the depth direction. The Raman shown in FIG. Profile results were obtained. According to the results of FIG. 6, the value of the Raman half-value width decreases as the substrate is closer to the substrate surface in the range of about 50 μm in the depth direction from the substrate surface, and the value of the Raman half-value width is closer to the center of the substrate. Showed an increasing profile.

以上の結果から、実施例2で製造された基板は、基板表面から深さ方向に約50μmの範囲にかけて、基板表面に近いほどLi濃度が高く、基板中心部に近いほどLi濃度が減少する濃度プロファイルを示すことが確認できた。   From the above results, the substrate manufactured in Example 2 has a concentration in which the Li concentration is higher as it is closer to the substrate surface in the depth direction from the substrate surface to about 50 μm, and the Li concentration is decreased as it is closer to the center of the substrate. It was confirmed that the profile was shown.

また、基板表面のラマン半値幅は、約6.9cm-1であるので、実施例1と同様に前記式(1)を用いて算出すると、基板表面の組成は、おおよそLi/(Li+Ta)=0.497であり、疑似ストイキオメトリー組成になっていることが分かった。 Further, since the Raman half-value width of the substrate surface is about 6.9 cm −1 , the composition of the substrate surface is approximately Li / (Li + Ta) when calculated using the above formula (1) in the same manner as in Example 1. = 0.497, indicating a pseudo stoichiometric composition.

さらに、Li拡散を施した4インチ基板の反りをレーザ光による干渉方式で測定したところ、50μmと小さい値であり、また、ワレやヒビは観測されなかった。さらに、これらのタンタル酸リチウム単結晶基板をホットプレートで加熱し、その表面電位を測定したところ、電圧は0Vであったので、これに加熱処理を施しても、表面に焦電性がないことを確認することができた。   Furthermore, when the warpage of a 4-inch substrate with Li diffusion was measured by an interference method using laser light, the value was as small as 50 μm, and cracks and cracks were not observed. Furthermore, when these lithium tantalate single crystal substrates were heated with a hot plate and the surface potential was measured, the voltage was 0 V. Therefore, even if this was subjected to heat treatment, the surface was not pyroelectric. I was able to confirm.

次に、実施例2では、Zカット及び42°Yカットから小片を切り出して、実施例1と同様に、この小片の主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であった。同じく、主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、圧電性を示す波形が得られた。また、この小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩いて観測したところ、圧電応答を示す波形も得られた。   Next, in Example 2, a small piece is cut out from the Z cut and the 42 ° Y cut, and the voltage waveform induced by applying vertical vibration in the thickness direction to the main surface and the back surface of the small piece is induced as in Example 1. When observed, the voltage was 0 V and the piezoelectric constant d33 was also zero. Similarly, when a voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the main surface and the back surface was observed, a waveform indicating piezoelectricity was obtained. Moreover, when this small piece was hit and observed with the probe tip of the synchroscope, a waveform showing a piezoelectric response was also obtained.

したがって、この結果から、実施例2の基板も、圧電性を有するから、弾性表面波素子用として使用可能であることを確認することができた。   Therefore, from this result, it was confirmed that the substrate of Example 2 also has piezoelectricity and can be used for a surface acoustic wave device.

次に、実施例1と同様に、片面の表層からハンドラップで50μm厚だけ取り除いた小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩いて観測したところ、圧電応答は、上記の場合より小さい電圧が観測された。この反対の面についても同様にハンドラップで表層から50μm厚だけ除去した小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩いて観測したところ、圧電応答は観測されなかった。また、実施例1と同様に、それぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であり、主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形は、圧電性を示さず、電圧は0Vであった。   Next, in the same manner as in Example 1, when a small piece having a thickness of 50 μm removed from the surface of one side by hand wrapping was observed by hitting with the probe tip of the synchroscope, a smaller voltage was observed in the piezoelectric response. . Similarly, on the opposite surface, when a small piece removed by 50 μm from the surface layer by hand lap was hit with the tip of the synchroscope probe and observed, no piezoelectric response was observed. Similarly to Example 1, when the voltage waveform induced by applying vertical vibration in the thickness direction to each main surface and the back surface was observed, the voltage was 0 V, the piezoelectric constant d33 was also zero, and the main surface The voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the back surface did not show piezoelectricity, and the voltage was 0V.

したがって、以上の結果から、実施例2の基板も、その表層部から50μmの深さに渡って、疑似ストイキオメトリー組成に改質して圧電性を示すが、50μmより深い部位では、圧電性を示さないことから、深さ方向中心部付近では、分極方向が一方向に揃っていない多分域構造であることが確認された。   Therefore, from the above results, the substrate of Example 2 also shows piezoelectricity by modifying it to a pseudo stoichiometric composition over a depth of 50 μm from the surface layer portion. Thus, it was confirmed that the multi-domain structure has a polarization direction that is not aligned in one direction near the center in the depth direction.

次に、実施例2でも、Li拡散処理とアニール処理を施して研磨処理を終えた4インチの42°Yカットのタンタル酸リチウム単結晶基板の表面に、実施例1と同様の処理を施して、そのSAW特性を確認したところ、図7及び図8に示す結果が得られた。図7及び図8は、そのときのSAW波形特性を示すものであり、比較のために、Liの拡散処理を施さない42°Y カットのタンタル酸リチウム単結晶基板のSAW波形特性を併せて図示している。
したがって、この結果から、実施例2の基板も、弾性表面波素子用としての良好なSAW波形特性を示すことを確認することができた。
Next, also in Example 2, the same process as in Example 1 was performed on the surface of the 4-inch 42 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate that had been subjected to the Li diffusion process and the annealing process to finish the polishing process. When the SAW characteristics were confirmed, the results shown in FIGS. 7 and 8 were obtained. FIGS. 7 and 8 show the SAW waveform characteristics at that time. For comparison, the SAW waveform characteristics of a 42 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate not subjected to Li diffusion treatment are also shown. Show.
Therefore, from this result, it was confirmed that the substrate of Example 2 also showed good SAW waveform characteristics for a surface acoustic wave device.

また、実施例1と同様に、その反共振周波数と共振周波数の温度係数を確認したところ、図9及び図10に示す結果が得られた。この結果によれば、実施例2の反共振周波数の温度係数は、図9から、-19ppm/℃であり、共振周波数の温度係数は、図10から、-21ppm/℃(図10)であるから、平均の温度係数は、-20ppm/℃であった。また、比較のために、Li拡散処理を施さない42°Yカットタンタル酸リチウム単結晶基板の温度係数は、反共振周波数の温度係数が-42ppm/℃であり、共振周波数の温度係数が-32ppm/℃(図10)であるから、平均の周波数温度係数は、-37ppm/℃であった。   Further, as in Example 1, the antiresonance frequency and the temperature coefficient of the resonance frequency were confirmed, and the results shown in FIGS. 9 and 10 were obtained. According to this result, the temperature coefficient of the anti-resonance frequency of Example 2 is −19 ppm / ° C. from FIG. 9, and the temperature coefficient of the resonance frequency is −21 ppm / ° C. (FIG. 10) from FIG. Thus, the average temperature coefficient was −20 ppm / ° C. For comparison, the temperature coefficient of the 42 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate not subjected to Li diffusion treatment is that the anti-resonance frequency temperature coefficient is -42ppm / ° C and the resonance frequency temperature coefficient is -32ppm. Since it was / ° C. (FIG. 10), the average frequency temperature coefficient was −37 ppm / ° C.

したがって、実施例2の基板は、Li拡散処理がなされていない基板と比べて、その平均の周波数温度係数が小さく、温度に対して特性変動が少ないから、温度特性が良好であることを確認することができた。   Therefore, it is confirmed that the substrate of Example 2 has good temperature characteristics because the average frequency temperature coefficient is small and the characteristic variation with respect to temperature is small compared to the substrate not subjected to the Li diffusion treatment. I was able to.

<実施例3>
実施例3では、実施例1と同じく、Zカット及び38.5°回転Yカットの300μm厚の概略コングルーエント組成のタンタル酸リチウム基板を用いて、実施例1と同様にラップ加工及び平面研磨加工を施すと共に、実施例1と同じ条件のLi拡散処理、アニール処理及び仕上げ研磨加工を施して、複数枚の弾性表面波素子用タンタル酸リチウム単結晶基板を得た。
<Example 3>
In Example 3, as in Example 1, a lapping process and a surface polishing process were performed in the same manner as in Example 1, using a lithium tantalate substrate having a Z-cut and 38.5 ° Y-cut 300 μm-thick congruent composition. At the same time, Li diffusion treatment, annealing treatment and finish polishing were performed under the same conditions as in Example 1 to obtain a plurality of lithium tantalate single crystal substrates for surface acoustic wave elements.

次に、実施例3では、基板を複数枚重ねた状態で、実施例1及び実施例2では行っていない単一分極化処理をキュリー点以上である750℃の温度で基板の概略+Z方向に電界を印可して行った。そして、この単一分極化処理を施した4インチ基板の反りをレーザ光による干渉方式で測定したところ、50μmと小さい値であり、ワレやヒビは観測されなかった。この基板をホットプレートで加熱して表面電位を観察したところ、電圧は2kVであった。   Next, in Example 3, in a state where a plurality of substrates are stacked, a single polarization process that is not performed in Examples 1 and 2 is performed in the + Z direction of the substrate at a temperature of 750 ° C. that is equal to or higher than the Curie point. This was done by applying an electric field. When the warpage of the 4-inch substrate subjected to the single polarization treatment was measured by an interference method using a laser beam, the value was as small as 50 μm, and cracks and cracks were not observed. When this substrate was heated with a hot plate and the surface potential was observed, the voltage was 2 kV.

以上の結果から、実施例3の基板は、実施例1の場合と同様に、反りが小さく、表面にワレやヒビも見られなかったが、これに加熱処理を施すと、強い焦電性を示すものであった。この強い焦電性は、単一分極化処理を施したために生じたものであり、温度特性が実施例1及び実施例2と比べてやや劣るが、通常のLTよりは良いことを確認することができた。   From the above results, the substrate of Example 3 had a small warp and no cracks or cracks on the surface, as in Example 1, but when subjected to heat treatment, it showed strong pyroelectricity. It was to show. This strong pyroelectricity is caused by the single polarization treatment, and the temperature characteristics are slightly inferior to those of Example 1 and Example 2, but it is confirmed that it is better than normal LT. I was able to.

また、Zカット及び38.5°Yカットから小片を切り出してその圧電波形を観測したところ、実施例1と同じく、圧電性を示す結果が得られたので、弾性表面波素子用として使用可能であることを確認することができた。   In addition, when a small piece was cut out from the Z cut and 38.5 ° Y cut and the piezoelectric waveform was observed, the result showing the piezoelectricity was obtained in the same manner as in Example 1, so that it can be used for a surface acoustic wave device. I was able to confirm.

さらに、実施例1と同じ条件のLi拡散処理とアニール処理を施して研磨処理を終えた4インチの38.5°Yカットタンタル酸リチウム単結晶基板の表面に、実施例1と同様の処理を施して、その反共振周波数と共振周波数の温度係数を確認したところ、反共振周波数の温度係数は、-32ppm/℃であり、共振周波数の温度係数は、-29ppm/℃であるから、平均の周波数温度係数は、-31ppm/℃であった。   Further, the same process as in Example 1 was performed on the surface of a 4 inch 38.5 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate that had been subjected to a Li diffusion process and an annealing process under the same conditions as in Example 1 and finished the polishing process. When the anti-resonance frequency and the temperature coefficient of the resonance frequency were confirmed, the temperature coefficient of the anti-resonance frequency was -32ppm / ° C, and the temperature coefficient of the resonance frequency was -29ppm / ° C. The coefficient was -31 ppm / ° C.

したがって、実施例3の基板も、図4及び図5に示す比較のための基板(Li拡散処理がなされていない基板)と比べて、その平均の周波数温度係数がやや小さく、温度に対して特性変動が少ないから、温度特性がやや良好であることを確認することができた。   Therefore, the substrate of Example 3 also has a slightly lower average frequency temperature coefficient than the substrate for comparison shown in FIGS. 4 and 5 (the substrate not subjected to Li diffusion treatment), and has characteristics with respect to temperature. Since the fluctuation was small, it was confirmed that the temperature characteristics were slightly good.

<実施例4>
実施例4では、実施例1と同じく、Zカット及び38.5°回転Yカットの300μm厚の概略コングルーエント組成のタンタル酸リチウム基板を用いて、実施例1と同様にラップ加工及び平面研磨加工を施すと共に、実施例1と同じ条件のLi拡散処理、アニール処理及び仕上げ研磨加工を施して、複数枚の弾性表面波素子用タンタル酸リチウム単結晶基板を得た。ただし、実施例4のLi拡散処理工程では、Li3TaO4を主成分とする粉体として、Li2CO3:Ta2O5粉をモル比で7:3の割合に混合し、1300℃で12時間焼成し、目開き45μmのふるいにかけたものを用いた。この粉体を実施例1と同様の方法で測定した平均粒径は、25μmで最大粒径は45μmであった。また、この基板に単一分極化処理は施さなかった。
<Example 4>
In Example 4, as in Example 1, using a lithium tantalate substrate with a roughly congruent composition having a thickness of 300 μm with a Z cut and a 38.5 ° rotated Y cut, lapping and surface polishing were performed in the same manner as in Example 1. At the same time, Li diffusion treatment, annealing treatment and finish polishing were performed under the same conditions as in Example 1 to obtain a plurality of lithium tantalate single crystal substrates for surface acoustic wave elements. However, in the Li diffusion treatment step of Example 4, Li 2 CO 3 : Ta 2 O 5 powder was mixed at a molar ratio of 7: 3 as a powder mainly composed of Li 3 TaO 4 , and the temperature was 1300 ° C. Baked for 12 hours and passed through a sieve having an opening of 45 μm. The average particle size of this powder measured by the same method as in Example 1 was 25 μm, and the maximum particle size was 45 μm. Further, this substrate was not subjected to a single polarization treatment.

このように製造した基板の1枚について、この基板の表面から深さ方向に渡ってLi拡散量の指標である600cm-1付近のラマンシフトピークの半値幅を測定したところ、実施例1の図1とほぼ同様なラマンプロファイルを示し、基板表面から深さ方向に約50μmの範囲にかけて、基板表面に近いほどラマン半値幅の値が減少し、基板中心部に近いほどラマン半値幅の値が増大するプロファイルを示すことが確認できた。 For one of the substrates manufactured in this way, the half-value width of the Raman shift peak near 600 cm −1, which is an index of the amount of Li diffusion, was measured from the surface of the substrate in the depth direction. 1 shows almost the same Raman profile as that in the depth direction from the substrate surface to the depth of about 50 μm. The closer to the substrate surface, the lower the Raman half-width value, and the closer to the substrate center, the higher the Raman half-width value. It was confirmed that the profile to be displayed was shown.

以上の結果から、実施例4で製造された基板は、基板表面から深さ方向に約50μmの範囲にかけて、基板表面に近いほどLi濃度が高く、基板中心部に近いほどLi濃度が減少する濃度プロファイルを示すことが確認できた。   From the above results, the substrate manufactured in Example 4 has a concentration in which the Li concentration is higher as it is closer to the substrate surface in the range of about 50 μm in the depth direction from the substrate surface, and the Li concentration is decreased as it is closer to the center of the substrate. It was confirmed that the profile was shown.

次に、実施例4の基板の中央部と中央から結晶X軸方向に±20mm離れた場所におけるSAWの音速vrを、図3と同様の並列共振タイプの2ポート共振子の挿入損失図のディップ位置の周波数を共振周波数fa(MHz)とし、波長が4.8μmであることから、前記式(4)により算出した。 Next, the SAW sound velocity v r at the center portion of the substrate of Example 4 and the location ± 20 mm away from the center in the crystal X-axis direction is shown in the insertion loss diagram of the parallel resonance type two-port resonator similar to FIG. Since the frequency at the dip position is the resonance frequency f a (MHz) and the wavelength is 4.8 μm, it is calculated by the above equation (4).

その結果、基板の中央部と中央から結晶X軸方向に±20mm離れた場所の3点におけるSAWの音速vrのバラツキは、1m/s以下であった。したがって、実施例4では、実施例1のSAWの音速vrのバラツキ(2m/s以下)よりも小さくなることが分かった。 As a result, the variation of the SAW sound velocity v r of the three points away ± 20 mm from the center and the center of the substrate to the crystal X-axis direction was less 1 m / s. Therefore, in Example 4, it was found to be smaller than the variation of the SAW of the sound velocity v r Example 1 (2m / s or less).

<実施例5>
実施例5では、最初に、単一分極処理を施した概略コングルーエント組成のLi:Nbの比が48.5:51.5の割合の4インチ径ニオブ酸リチウム単結晶インゴットをスライスして、Zカット及び41°回転Yカットのニオブ酸リチウム基板を300μm厚に切り出した。その後、必要に応じて、各スライスウエハの面粗さをラップ工程によりRa値で0.15μmに調整し、その仕上がり厚みを250μmとした。
<Example 5>
In Example 5, first, a 4 inch diameter lithium niobate single crystal ingot having a ratio of Li: Nb of approximately congruent composition subjected to a single polarization treatment in a ratio of 48.5: 51.5 was sliced, and Z-cut and A 41 ° rotated Y-cut lithium niobate substrate was cut to a thickness of 300 μm. Thereafter, the surface roughness of each slice wafer was adjusted to 0.15 μm in Ra value by a lapping process as necessary, and the finished thickness was set to 250 μm.

次に、片側表面を平面研磨によりRa値で0.01μmの準鏡面に仕上げた基板を、Li3NbO4を主成分とするLi、Nb、Oから成る粉体の中に埋め込んだ。この場合、Li3NbO4を主成分とする粉体として、Li2CO3:Nb2O5粉をモル比で7:3の割合に混合し、1000℃で12時間焼成したものを用いた。そして、このようなLi3NbO4を主成分とする粉体を小容器に敷き詰め、Li3NbO4粉中にスライスウエハを複数枚埋め込んだ。 Next, a substrate whose one surface was finished to a quasi-mirror surface with a Ra value of 0.01 μm by flat polishing was embedded in a powder composed of Li, Nb, and O containing Li 3 NbO 4 as main components. In this case, as a powder mainly composed of Li 3 NbO 4 , Li 2 CO 3 : Nb 2 O 5 powder was mixed at a molar ratio of 7: 3 and baked at 1000 ° C. for 12 hours. . Then, such a powder mainly composed of Li 3 NbO 4 was spread in a small container, and a plurality of sliced wafers were embedded in the Li 3 NbO 4 powder.

その後、この小容器を電気炉にセットし、その炉内をN雰囲気として、900℃で36時間加熱して、スライスウエハの表面から中心部へLiを拡散させて、概略コングルーエント組成から疑似ストイキオメトリー組成に変化させた。また、この処理を施したスライス基板に、N2下でキュリー温度以上の750℃で12時間アニール処理を施した。 After that, this small container is set in an electric furnace, and the inside of the furnace is made into an N 2 atmosphere and heated at 900 ° C. for 36 hours to diffuse Li from the surface of the slice wafer to the center part, and from a roughly congruent composition. The pseudo-stoichiometric composition was changed. In addition, the slice substrate subjected to this treatment was subjected to an annealing treatment under N 2 at 750 ° C. that is equal to or higher than the Curie temperature for 12 hours.

さらに、その粗面側をサンドブラストによりRa値で約0.15μmに仕上げ加工を行うと共に、その概略鏡面側を3μmの研磨加工を行って、複数枚のニオブ酸リチウム単結晶基板を得た。このとき、この基板はキュリー点以上の温度に曝されているが、この基板に単一分極化処理は施さなかった。   Further, the rough side was finished by sandblasting to an Ra value of about 0.15 μm, and the rough mirror side was polished by 3 μm to obtain a plurality of lithium niobate single crystal substrates. At this time, this substrate was exposed to a temperature above the Curie point, but this substrate was not subjected to a single polarization treatment.

このように製造した基板の1枚について、この基板の表面から深さ方向に渡ってLi拡散量の指標である876cm-1付近のラマンシフトピークの半値幅を測定したところ、この基板は、基板の深さ方向に約5μm〜約60μmの範囲にかけて、基板表面に近いほどラマン半値幅の値が減少し、基板中心部に近いほどラマン半値幅の値が増大するプロファイルを示した。また、基板表面のラマン半値幅は17.8cm-1であり、深さ方向に62μm以下の位置でのラマン半値幅は23.0cm-1であった。 For one of the substrates manufactured in this manner, the half-value width of the Raman shift peak near 876 cm −1, which is an index of the amount of Li diffusion, is measured from the surface of the substrate in the depth direction. In the range of about 5 μm to about 60 μm in the depth direction, the profile of the Raman half-value width decreases as it approaches the substrate surface, and the Raman half-width value increases as it approaches the center of the substrate. The Raman half width on the substrate surface was 17.8 cm −1 , and the Raman half width at a position of 62 μm or less in the depth direction was 23.0 cm −1 .

以上の結果から、実施例5では、基板の深さ方向に約5μm〜約60μmの範囲にかけて、基板表面に近いほどLi濃度が高く、基板中心部に近いほどLi濃度が減少する濃度プロファイルを示すことが確認できた。   From the above results, Example 5 shows a concentration profile in which the Li concentration is higher as it is closer to the substrate surface and the Li concentration is lower as it is closer to the center of the substrate in the range of about 5 μm to about 60 μm in the depth direction of the substrate. I was able to confirm.

また、基板表面のラマン半値幅は約17.8cm-1であるので、下記式(3)を用いて算出すると、その範囲の組成は、おおよそLi/(Li+Nb)=0.500であり、疑似ストイキオメトリー組成になっていることが分かった。
Li/(Li+Nb)=(53.29−0.1837FWHM)/100 (3)
In addition, since the Raman half-value width of the substrate surface is about 17.8 cm −1 , when calculated using the following formula (3), the composition in the range is approximately Li / (Li + Nb) = 0.500, It was found that the composition was ichiometric.
Li / (Li + Nb) = (53.29−0.1837FWHM 3 ) / 100 (3)

次に、このLi拡散を施した4インチ基板の反りをレーザ光による干渉方式で測定したところ、その値は50μmと小さい値であり、ワレやヒビは観測されなかった。また、これらタンタル酸リチウム単結晶基板をホットプレートで加熱し、その表面電位を測定したところ、電圧は0Vであったので、実施例5の基板は、これに加熱処理を施しても、表面に焦電性がないことを確認することができた。   Next, when the warpage of the 4-inch substrate subjected to Li diffusion was measured by an interference method using a laser beam, the value was as small as 50 μm, and cracks and cracks were not observed. Moreover, when these lithium tantalate single crystal substrates were heated with a hot plate and the surface potential was measured, the voltage was 0 V. Therefore, even if the substrate of Example 5 was subjected to heat treatment, It was confirmed that there was no pyroelectricity.

また、Zカット及び41°Yカットから切り出した小片について、中国科学院声楽研究所製ピエゾd33/d15メータ(型式ZJ-3BN)にて、それぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、その電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であった。同じく、同装置のd15ユニットを使用して、夫々の主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、圧電性を示す波形が得られた。この小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩いて圧電応答を観測したところ、圧電応答を示す波形が得られた。
したがって、実施例5の基板は、圧電性を有するから、弾性表面波素子として使用可能であることを確認することができた。
In addition, a small piece cut from the Z cut and 41 ° Y cut was subjected to vertical vibration in the thickness direction on the main surface and back surface of each piezo d33 / d15 meter (model ZJ-3BN) manufactured by the Institute of Chinese Vocal Music. When the induced voltage waveform was observed, the voltage was 0 V and the piezoelectric constant d33 was also zero. Similarly, by using the d15 unit of the same apparatus and observing the voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the respective main surface and back surface, a waveform indicating piezoelectricity was obtained. When this small piece was hit with the tip of a synchroscope probe and the piezoelectric response was observed, a waveform showing the piezoelectric response was obtained.
Therefore, since the substrate of Example 5 has piezoelectricity, it was confirmed that it could be used as a surface acoustic wave element.

次に、各小片の片面の表層からハンドラップで60μm厚だけ取り除いた小片について、シンクロスコープのプローブ先端で叩いて圧電応答を観測したところ、圧電応答は、上記の場合より小さい電圧が観測された。この各小片の反対の面についても同様にハンドラップで表層から60μm厚だけ除去した小片について、シンクロスコープのプローブ先端で叩いて観測したところ、圧電応答は観測されなかった。   Next, the piezoelectric response was observed by hitting the tip of the synchroscope with the tip of the synchroscope with respect to the small piece that was removed from the surface layer of one side of the small piece by hand wrapping, and a smaller voltage was observed for the piezoelectric response. . Similarly, on the opposite surface of each small piece, a small piece removed by 60 μm thickness from the surface layer by hand wrapping was observed by striking with the tip of the synchroscope probe, and no piezoelectric response was observed.

また、この小片について、d33/d15メータによりそれぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であった。同じく、同装置のd15ユニットを使用して、主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形は、圧電性を示さず、電圧は0Vであった。   Further, when this small piece was observed by the d33 / d15 meter to observe the voltage waveform induced by applying vertical vibration in the thickness direction to the main surface and the back surface, the voltage was 0 V and the piezoelectric constant d33 was also zero. . Similarly, a voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the main surface and the back surface using the d15 unit of the same apparatus did not show piezoelectricity, and the voltage was 0V.

したがって、この結果から、実施例5の基板は、その表層部から60μmの深さに渡って、疑似ストイキオメトリー組成に改質して圧電性を示すが、60μmより深い部位では、圧電性を示さないことから、深さ方向中心部付近では、分極方向が一方向に揃っていない多分域構造であることが確認された。   Therefore, from this result, the substrate of Example 5 is modified to a pseudo stoichiometric composition over the depth of 60 μm from the surface layer portion to exhibit piezoelectricity, but at a portion deeper than 60 μm, the piezoelectricity is exhibited. Since it is not shown, it was confirmed that the multi-domain structure where the polarization direction is not aligned in one direction near the center in the depth direction.

次に、Liの拡散処理とアニール処理を施して研磨処理を終えた4インチの41°Yカットのニオブ酸リチウム単結晶基板の表面に、スパッタ処理を施して0.05μm厚のAl膜を成膜した。その後、この処理を施した基板にレジストを塗布して、アライナにてSAWレゾネータとラダーフィルタのパタンを露光・現像し、RIEによりSAW特性評価用のパタニングを施した。このパタニングしたSAW電極の一波長は4.8μmとした。   Next, the surface of the 4-inch 41 ° Y-cut lithium niobate single crystal substrate, which has been subjected to the Li diffusion treatment and annealing treatment, was sputtered to form a 0.05 μm thick Al film. did. Thereafter, a resist was applied to the substrate subjected to this treatment, the SAW resonator and the ladder filter pattern were exposed and developed by an aligner, and patterning for SAW characteristic evaluation was performed by RIE. One wavelength of the patterned SAW electrode was 4.8 μm.

そして、このSAWレゾネータでは、入出力端子を施した直列共振タイプの共振子と並列共振タイプの共振子を形成して、RFプローバーにより、そのSAW波形特性を確認したところ、実施例5の基板も、弾性表面波素子用としての良好なSAW波形特性を示すことを確認することができた。   In this SAW resonator, a series resonance type resonator and a parallel resonance type resonator provided with input / output terminals were formed, and when the SAW waveform characteristics were confirmed by an RF prober, the substrate of Example 5 was also obtained. It was confirmed that the SAW waveform characteristic for a surface acoustic wave device was good.

また、ステージの温度を約16℃〜70℃と変化させて、反共振周波数と共振周波数の温度係数を確認したところ、実施例5の反共振周波数の温度係数は、-34ppm/℃であり、共振周波数の温度係数は、-50ppm/℃であるから、平均の周波数温度係数は、-42ppm/℃であった。さらに、比較のために、Li拡散処理を施さない41°Yカットのニオブ酸リチウム単結晶基板の温度係数は、反共振周波数の温度係数が-56ppm/℃であり、共振周波数の温度係数が-72ppm/℃であるから、平均の周波数温度係数は、-64ppm/℃であった。   Further, when the temperature coefficient of the anti-resonance frequency and the resonance frequency was confirmed by changing the temperature of the stage from about 16 ° C. to 70 ° C., the temperature coefficient of the anti-resonance frequency of Example 5 was −34 ppm / ° C. Since the temperature coefficient of the resonance frequency is −50 ppm / ° C., the average frequency temperature coefficient was −42 ppm / ° C. For comparison, the temperature coefficient of the 41 ° Y-cut lithium niobate single crystal substrate without Li diffusion treatment is -56ppm / ° C at the anti-resonance frequency, and- Since it was 72 ppm / ° C., the average frequency temperature coefficient was −64 ppm / ° C.

したがって、実施例5の基板は、Li拡散処理がなされていない基板と比べて、その平均の周波数温度係数が小さく、温度に対して特性変動が少ないから、温度特性が良好であることを確認することができた。   Therefore, it is confirmed that the substrate of Example 5 has good temperature characteristics because the average frequency temperature coefficient is small and the characteristic variation with respect to temperature is small compared to the substrate not subjected to Li diffusion treatment. I was able to.

比較例Comparative example

<比較例1>
次に、本発明と対比する比較例1について説明するが、この比較例1は、特許文献5に記載された1250℃の高温で、60時間かけて気相処理を仕上がり厚み550μmの基板に施した例である。
<Comparative Example 1>
Next, Comparative Example 1 to be compared with the present invention will be described. In Comparative Example 1, gas phase treatment is performed on a finished substrate having a thickness of 550 μm over 60 hours at a high temperature of 1250 ° C. described in Patent Document 5. This is an example.

比較例1では、実施例1と同じZカット及び38.5°回転Yカットの単結晶インゴットから、実施例1のものより厚い600μmの概略コングルーエント組成のタンタル酸リチウム基板を切り出して、これに実施例1と同様に、必要に応じて、面粗さをラップ工程によりRa値で0.15μmに調整し、仕上がり厚みを550μmとした。また、片側表面を平面研磨により、Ra値で0.01μmの準鏡面に仕上げた。   In Comparative Example 1, a 600 μm thick lithium tantalate substrate having a roughly congruent composition than that of Example 1 was cut out from the same Z-cut and 38.5 ° Y-cut single crystal ingot as in Example 1, and this was performed. Similar to Example 1, the surface roughness was adjusted to Ra value of 0.15 μm by a lapping process as necessary, and the finished thickness was 550 μm. Also, the surface on one side was finished to a quasi-mirror surface with an Ra value of 0.01 μm by flat polishing.

次に、炉内雰囲気を大気雰囲気とした状態で、実施例1と比べて、より高温で長時間の1250℃で60時間のLi拡散の気相処理を施して、基板表面から中心部へLiを拡散させて概略コングルーエント組成から疑似ストイキオメトリー組成に変化させた。そして、その後、このLi拡散処理基板に、実施例1と同様のアニール処理と仕上げ研磨加工を施して、複数枚の弾性表面波素子用タンタル酸リチウム単結晶基板を得た。このとき、この基板は、キュリー点以上の温度に曝されているが、この基板に単一分極化処理は施さなかった。   Next, in a state where the atmosphere in the furnace is an air atmosphere, a Li-phase gas diffusion treatment is performed at 1250 ° C. for 60 hours at a higher temperature for a longer time than in Example 1, and Li is transferred from the substrate surface to the center. Was diffused to change from a roughly congruent composition to a pseudo stoichiometric composition. Thereafter, the Li diffusion-treated substrate was subjected to the same annealing treatment and finish polishing as in Example 1 to obtain a plurality of lithium tantalate single crystal substrates for surface acoustic wave elements. At this time, this substrate was exposed to a temperature equal to or higher than the Curie point, but this substrate was not subjected to a single polarization treatment.

このように製造した基板の一枚について、表面から深さ方向のLi濃度プロファイルを測定したところ、Li濃度を示すラマン半値幅は6.0cm-1であり、この値は、表層から内部に渡って一様なLi濃度のプロファイルを示すものであった。 When the Li concentration profile in the depth direction from the surface was measured for one of the substrates thus manufactured, the Raman half-value width indicating the Li concentration was 6.0 cm −1 , and this value was from the surface layer to the inside. It showed a uniform Li concentration profile.

また、この4インチ基板は、その変形が大きく、反りを測定するレーザ光による干渉方式ではその変形を測定できず、レーザ変位センサーによりその反り量を測定したところ、1500μmと大きく反っており、基板にスジ状のキズが観測された。さらに、この基板をホットプレートで加熱して表面電位を観察したところ、その電圧は、1kVであった。   In addition, this 4-inch substrate is greatly deformed and cannot be measured by the laser beam interference method that measures the warp. When the amount of warp is measured by a laser displacement sensor, the warp is as large as 1500 μm. A streak-like scratch was observed. Furthermore, when this substrate was heated with a hot plate and the surface potential was observed, the voltage was 1 kV.

次に、Zカット及び38.5°Yカットから小片を切り出して、実施例1と同様に、主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、その電圧波形は、圧電性を示す波形であり、主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形も、圧電性を示す波形であった。また、このZカット及び38.5°Yカットの小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩いたところ、圧電応答の波形が得られた。   Next, a small piece was cut out from the Z cut and the 38.5 ° Y cut, and the voltage waveform induced by applying vertical vibration in the thickness direction to the main surface and the back surface was observed in the same manner as in Example 1. The voltage waveform was as follows. The voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the main surface and the back surface was also a waveform indicating piezoelectricity. In addition, when the Z-cut and 38.5 ° Y-cut pieces were struck with the tip of the synchroscope probe, a piezoelectric response waveform was obtained.

また、片面の表層からハンドラップで50μm厚だけ取り除いた小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩いても、同様の圧電応答の波形が得られた。この小片の反対の面についても同様にハンドラップにより表層を50μm厚だけ除去した小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩くと、同様の圧電応答の波形が得られた。   A similar piezoelectric response waveform was also obtained when a small piece of 50 μm thickness was removed from the surface of one side by hand wrapping with the tip of the synchroscope probe. Similarly, on the opposite side of the small piece, a similar piezoelectric response waveform was obtained when the small piece with the surface layer removed by a thickness of 50 μm was struck with the tip of the synchroscope probe.

以上の結果から、比較例1の方法では、実施例1と比べて高温で長時間のLi拡散処理を施しているために、表層から50μmより深い中心部までLiイオンの拡散が進んでしまって、基板の厚さ方向中心部に渡って一様なLi濃度のプロファイルを示す疑似ストイキオメトリー組成の結晶構造となっていることが確認された。   From the above results, in the method of Comparative Example 1, since the Li diffusion treatment was performed at a higher temperature for a longer time than in Example 1, the diffusion of Li ions progressed from the surface layer to the center deeper than 50 μm. It was confirmed that the crystal structure had a pseudo stoichiometric composition showing a uniform Li concentration profile across the center in the thickness direction of the substrate.

次に、Li拡散処理とアニール処理を施して研磨処理を終えた4インチの38.5°Yカットタンタル酸リチウム単結晶基板の表面に、実施例1と同様の処理を施してSAW波形特性を確認しようと試みたが、この基板の反りが大きいために、パタニングはできなかった。   Next, the surface of the 4 inch 38.5 ° Y-cut lithium tantalate single crystal substrate, which has been subjected to the Li diffusion treatment and annealing treatment, is subjected to the same treatment as in Example 1 to confirm the SAW waveform characteristics. However, patterning was not possible due to the large warpage of the substrate.

したがって、この結果から、比較例1のように、1250℃の高温で60時間という長時間に渡ってLi拡散処理を施すと、その表層から内部まで一様なLi濃度のプロファイルを示す疑似ストイキオメトリー組成の結晶構造が得られるものの、一方で、製造条件が高温で長時間であるために、反りが大きく、基板表面にスジ状のキズが生じることが確認された。   Therefore, from this result, as shown in Comparative Example 1, when the Li diffusion treatment is performed at a high temperature of 1250 ° C. for 60 hours, a pseudo stoichiometry showing a uniform Li concentration profile from the surface layer to the inside is obtained. Although a crystal structure with a metric composition was obtained, on the other hand, it was confirmed that the manufacturing conditions were high temperature for a long time, so that the warp was large and streak-like scratches were generated on the substrate surface.

<比較例2>
次に、比較例2について説明するが、この比較例2は、実施例1の場合と比べて、そのLi拡散処理を950℃で36時間という条件から、950℃で5時間という条件にその処理時間を極端に短く変更した例である。
<Comparative Example 2>
Next, Comparative Example 2 will be described. In Comparative Example 2, the Li diffusion treatment is performed under the condition of 36 hours at 950 ° C. and 5 hours at 950 ° C. as compared with the case of Example 1. This is an example of changing the time extremely short.

この比較例2では、実施例1と同様に、最初に、単一分極処理を施した概略コングルーエント組成のLi:Taの比が48.5:51.5の割合の4インチ径タンタル酸リチウム単結晶インゴットをスライスして、Zカット及び38.5°回転Yカットのタンタル酸リチウム基板を300μm厚に切り出した。その後、実施例1と同様の研磨処理を施した準鏡面の基板を、Li3TaO4を主成分とする粉体を敷き詰めた小容器に複数枚埋め込んで、N雰囲気において、950℃で5時間のLi拡散処理を施して、表面から内部に渡って概略コングルーエント組成から疑似ストイキオメトリー組成に変化させた。 In Comparative Example 2, as in Example 1, first, a 4-inch diameter lithium tantalate single crystal ingot having a ratio of Li: Ta of approximately congruent composition that was subjected to a single polarization treatment was 48.5: 51.5. Was sliced, and a Z-cut and 38.5 ° rotated Y-cut lithium tantalate substrate was cut to a thickness of 300 μm. Thereafter, a plurality of quasi-mirror substrates subjected to the same polishing treatment as in Example 1 were embedded in a small container in which powder mainly composed of Li 3 TaO 4 was spread, and 5 ° C. at 950 ° C. in an N 2 atmosphere. A Li diffusion treatment for a time was applied to change the composition from a roughly congruent composition to a pseudo stoichiometric composition from the surface to the inside.

次に、その後、この基板にはアニール処理を施さずに、実施例1と同様の仕上げ加工と研磨加工を行って、複数枚のタンタル酸リチウム単結晶基板を得た。このとき、この基板には単一分極化処理を施さなかった。   Then, after that, the substrate was not subjected to annealing treatment, and the finishing and polishing processes similar to those in Example 1 were performed to obtain a plurality of lithium tantalate single crystal substrates. At this time, this substrate was not subjected to a single polarization treatment.

このように製造した基板の1枚について、この基板の表面から深さ方向に渡ってLi拡散量の指標である600cm-1付近のラマンシフトピークの半値幅を測定したところ、表面のラマン半値幅は6.5cm-1であり、同試料の表面から5μmの深さまでのラマン半値幅は9cm-1であった。 For one of the substrates thus manufactured, the half-value width of the Raman shift peak near 600 cm −1, which is an index of the amount of Li diffusion, was measured from the surface of the substrate in the depth direction. Was 6.5 cm −1 and the Raman half width from the surface of the sample to a depth of 5 μm was 9 cm −1 .

以上の結果から、比較例2では、表面から5μmの深さまでは、Liの拡散が進んで、表面ほどLi濃度が高く、内部へ行くに従ってLi濃度が減少するプロファイルを示すように改質されていることを確認することができた。   From the above results, in Comparative Example 2, the diffusion of Li progresses at a depth of 5 μm from the surface, and the surface is modified to show a profile in which the Li concentration is higher toward the surface and the Li concentration decreases toward the inside. I was able to confirm that.

次に、前記Zカット及び38.5°Yカットから切り出した小片について、中国科学院声楽研究所製ピエゾd33/d15メータ(型式ZJ-3BN)にて、それぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、その電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であった。同じく、同装置のd15ユニットを使用して、夫々の主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、圧電性を示す波形が得られた。この小片をシンクロスコープのプローブ先端で叩いて圧電応答を観測したところ、弱い圧電応答を示す波形が得られた。   Next, for the small piece cut out from the Z-cut and 38.5 ° Y-cut, vertical vibration in the thickness direction was applied to the main surface and back surface of each of the main surface and back surface using a piezo d33 / d15 meter (model ZJ-3BN) manufactured by the Institute of Chinese Academy of Science When the induced voltage waveform was observed, the voltage was 0 V and the piezoelectric constant d33 was also zero. Similarly, by using the d15 unit of the same apparatus and observing the voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the respective main surface and back surface, a waveform indicating piezoelectricity was obtained. When this small piece was hit with the tip of a synchroscope probe and the piezoelectric response was observed, a waveform showing a weak piezoelectric response was obtained.

したがって、この結果から、比較例2の基板は、表面から5μmの深さまで改質されて弱い圧電性を有することが確認されたが、改質の程度が浅いために、この基板が弾性表面波素子として使用可能であるか否かを次のような測定を行って確認した。   Therefore, from this result, it was confirmed that the substrate of Comparative Example 2 was modified to a depth of 5 μm from the surface and had weak piezoelectricity, but because the degree of modification was shallow, this substrate was surface acoustic wave. Whether or not it can be used as an element was confirmed by performing the following measurement.

すなわち、各小片の片面の表層からハンドラップで5μm厚だけ取り除いた小片について、シンクロスコープのプローブ先端で叩いて圧電応答を観測したところ、圧電応答は、上記の場合より小さい電圧が観測された。この各小片の反対の面についても同様にハンドラップで表層から5μm厚だけ除去した小片について、シンクロスコープのプローブ先端で叩いて観測したところ、圧電応答は観測されなかった。また、この小片について、d33/d15メータによりそれぞれの主面と裏面に厚み方向の垂直振動を与えて誘起させた電圧波形を観測したところ、電圧は0Vであり、圧電定数d33も零であった。同じく、同装置のd15ユニットを使用して、主面と裏面にせん断方向の振動を与えて誘起させた電圧波形は、圧電性を示さず、電圧は0Vであった。   That is, when the piezoelectric response was observed by tapping the tip of the synchroscope with the tip of the small piece, which was removed from the surface layer on one side of each small piece by hand wrapping, the piezoelectric response showed a smaller voltage than in the above case. Similarly, on the opposite surface of each small piece, when the small piece removed by a thickness of 5 μm from the surface layer by hand wrapping was observed by hitting with the tip of the synchroscope probe, no piezoelectric response was observed. Further, when this small piece was observed by the d33 / d15 meter to observe the voltage waveform induced by applying vertical vibration in the thickness direction to the main surface and the back surface, the voltage was 0 V and the piezoelectric constant d33 was also zero. . Similarly, a voltage waveform induced by applying vibration in the shear direction to the main surface and the back surface using the d15 unit of the same apparatus did not show piezoelectricity, and the voltage was 0V.

したがって、この結果から、比較例2の基板は、5μmの深さまでは圧電性を有するものの、5μmより深い部位では、改質されずに多分域化構造であるために、圧電性を示さないことが確認された。   Therefore, from this result, the substrate of Comparative Example 2 has piezoelectricity at a depth of 5 μm, but does not exhibit piezoelectricity at a portion deeper than 5 μm because it is a multi-domain structure without modification. Was confirmed.

そこで、次に、この表面にスパッタ処理を施して0.05μm厚のAl膜を成膜した後に、レジストを塗布して、アライナにてSAWレゾネータとラダーフィルタのパタンを露光・現像し、RIEによりSAW特性評価用のパタニングを施した。このパタニングしたSAW電極の一波長は4.8μmとした。そして、このSAWレゾネータでは、入出力端子を施した直列共振タイプの共振子と並列共振タイプの共振子を形成して、RFプローバーにより、そのSAW波形特性を確認したところ、SAWの応答波形が崩れており、SAWデバイスとして使用することができないと分かった。   Therefore, after this surface was sputtered to form a 0.05 μm thick Al film, a resist was applied, the SAW resonator and the ladder filter pattern were exposed and developed with an aligner, and SAW was performed with RIE. Patterning for characteristic evaluation was performed. One wavelength of the patterned SAW electrode was 4.8 μm. In this SAW resonator, a series resonance type resonator with input / output terminals and a parallel resonance type resonator are formed, and when the SAW waveform characteristics are confirmed by an RF prober, the SAW response waveform collapses. It was found that it cannot be used as a SAW device.

したがって、この結果から、比較例2のように、Li拡散処理が5時間と短時間であれば、Li拡散による改質が十分に進まないために、その改質の深さが5μmと浅く、SAWの応答波形が崩れて、弾性表面波素子用として使用不能であることが確認された。
Therefore, from this result, as in Comparative Example 2, if the Li diffusion treatment is as short as 5 hours, the modification by Li diffusion does not proceed sufficiently, so that the modification depth is as shallow as 5 μm. It was confirmed that the SAW response waveform collapsed and could not be used for surface acoustic wave devices.

Claims (7)

単一分極処理を施した概略コングルーエント組成からなる酸化物単結晶インゴットをスライスして酸化物単結晶基板を切り出す工程と、Li化合物を含む粉体の中に前記基板を埋め込む工程と、酸素が含まない雰囲気において、850℃〜1000℃で10時間〜50時間の加熱によって、前記基板の表面から内部へLiを拡散させて、表面ほどLi濃度が高く、内部へ行くに従ってLi濃度が減少するプロファイルを示すように改質する気相処理工程と、前記基板を研磨加工する工程と、を含むことを特徴とする圧電性酸化物単結晶基板の製造方法。   A step of slicing an oxide single crystal ingot having a substantially congruent composition subjected to a single polarization treatment to cut out the oxide single crystal substrate, a step of embedding the substrate in a powder containing a Li compound, and oxygen In an atmosphere that does not contain, Li is diffused from the surface of the substrate to the inside by heating at 850 ° C. to 1000 ° C. for 10 hours to 50 hours, and the Li concentration is higher toward the surface, and the Li concentration decreases as it goes to the inside. A method for producing a piezoelectric oxide single crystal substrate, comprising: a gas phase treatment step for modifying the substrate so as to exhibit a profile; and a step for polishing the substrate. 前記酸素が含まない雰囲気は、窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気又は真空の何れかであることを特徴とする請求項1に記載の圧電性酸化物単結晶基板の製造方法。   2. The method for manufacturing a piezoelectric oxide single crystal substrate according to claim 1, wherein the atmosphere containing no oxygen is any one of a nitrogen atmosphere, an inert gas atmosphere, and a vacuum. 前記気相処理工程では、Li拡散による改質を表面から厚さ方向の深さで10μm〜50μmの範囲まで行うことを特徴とする請求項1又は2に記載の圧電性酸化物単結晶基板の製造方法。   3. The piezoelectric oxide single crystal substrate according to claim 1, wherein in the gas phase treatment step, modification by Li diffusion is performed from the surface to a depth in a thickness direction of 10 μm to 50 μm. Production method. 前記気相処理工程では、改質された範囲の少なくとも一部の組成が疑似ストイキオメトリー組成となるように改質することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の圧電性酸化物単結晶基板の製造方法。   4. The piezoelectric oxidation according to claim 1, wherein in the gas phase treatment step, the composition is modified so that at least a part of the modified range has a pseudo stoichiometric composition. 5. Of manufacturing a single crystal substrate. 前記気相処理工程の後に、前記基板をキュリー温度以上でアニール処理を施す工程と、前記基板の粗面側にサンドブラスト加工を施す工程と、を含むことを特徴とする請求項1乃至4の何れかに記載の圧電性酸化物単結晶基板の製造方法。   5. The method according to claim 1, further comprising a step of annealing the substrate at a temperature equal to or higher than a Curie temperature and a step of sandblasting the rough surface side of the substrate after the vapor phase treatment step. A method for producing a piezoelectric oxide single crystal substrate according to claim 1. 前記基板は、その厚さが200μm以上400μm以下であることを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の圧電性酸化物単結晶基板の製造方法。   6. The method of manufacturing a piezoelectric oxide single crystal substrate according to claim 1, wherein the substrate has a thickness of 200 μm or more and 400 μm or less. 前記Li化合物を含む粉体の平均粒径は、0.1μm以上100μm以下であることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の圧電性酸化物単結晶基板の製造方法。

The method for producing a piezoelectric oxide single crystal substrate according to any one of claims 1 to 6, wherein an average particle size of the powder containing the Li compound is 0.1 µm or more and 100 µm or less.

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