JP4221111B2

JP4221111B2 - LANGASITE SINGLE CRYSTAL, ITS WAFER AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME

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Publication number: JP4221111B2
Application number: JP11623099A
Authority: JP
Inventors: 嘉幸塩野; 俊彦流王
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd
Priority date: 1999-04-23
Filing date: 1999-04-23
Publication date: 2009-02-12
Anticipated expiration: 2019-04-23
Also published as: JP2000302598A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ランガサイト単結晶、ランガサイト単結晶ウエーハ、及びそれらの製造方法に関する。特に本発明は、クラック等の発生のないランガサイト単結晶、製造した各ウエーハ間に切断のばらつきがなく且つ良好な弾性表面波特性を有するランガサイト単結晶ウエーハ、及びこれらを安定且つ良好な歩留りで製造することができるランガサイト単結晶及びそのウエーハの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
弾性表面波デバイスは、電気信号を弾性表面波に変換して信号処理を行う回路素子である。主に、携帯電話等の小型、軽量の無線通信システム等において、周波数フィルタ、共振子、遅延線等として広く使われている。
このような弾性表面波デバイスの製造においては、ＬｉＮｂＯ₃ 、ＬｉＴａＯ₃ 等の圧電単結晶からなる適切な結晶面方位を有するウエーハが、無線通信システム等の仕様に合わせて適宜に選択され、使用されている。
【０００３】
例えば、弾性表面波デバイスの製造においては、先ず圧電単結晶をＣＺ（チョクラルスキー）法等の適当な単結晶育成方法により育成する。得られた単結晶を円筒状に研削加工し、所望の結晶面方位にてスライスする。そして、弾性表面波が伝播する面に鏡面研磨加工を施し、単結晶ウエーハを作製する。次に、この鏡面にアルミニウム膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ等を利用した微細加工技術により、弾性表面波を送受信する所定形状を有する櫛形電極を形成することで、弾性表面波デバイスが製造される。
【０００４】
このように圧電単結晶は弾性表面波デバイスに使用されるが、近年新しい圧電単結晶として、ランガサイト（Ｌａ₃ Ｇａ₅ ＳｉＯ₁₄）が注目されている。ランガサイトは当初、レーザ用結晶として見出された物質である［Ａ．Ａ．Ｋａｍｉｎｓｋｉｉ等、Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ａ）、８０巻、３８７〜３９８ページ、（１９８３）］。しかし、大きな圧電定数を有することから、大きな弾性バルク波や弾性表面波を有することが期待され、これらの弾性波特性の最適方位探索が精力的に行われてきた。
【０００５】
例えば最適方位として、弾性バルク波特性ではＹカット［Ｖ．Ｖ．Ｂｅｚｄｅｌｋｉｎ等、ＪｏｕｎａｌｄｅＰｈｙｓｉｑｕｅ、４巻、１３９〜１５６ページ、（１９９４）］で良好な特性を有することが報告されている。又、弾性表面波特性では、Ｘカット［佐藤等、弾性波素子技術第１５０委員会第５１回研究会資料、２１〜２７ページ、（１９９７）］、５０°回転Ｙカット［井上等、第１８回超音波エレクトロニクスシンポジウム講演予行集、ＯＥ５、９〜１０ページ、（１９９７）］、又は５７〜６９°回転Ｙカット［門田等、第２７回ＥＭシンポジウム、１１７〜１２４ページ、（１９９８）］で良好な特性を有することが報告されている。特に、５０°回転Ｙカット及び５７〜６９°回転Ｙカットは、パワーフロー角が０であり、且つ良好な温度特性、大きい電気機械結合係数を有する方位であることが報告されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし上記報告では、良好な弾性表面波特性を有する面方位については述べられているが、デバイスを安価に提供することについては述べられていない。デバイスを製造する場合には、単結晶及びウエーハを安定且つ良好な歩留りで製造できるか否かという重要な要素があり、この点を考慮した報告、発明は成されていなかった。
上記事情に鑑み本発明は、クラック等の発生のないランガサイト単結晶、及び製造した各ウエーハ間に切断のバラツキがなく且つ良好な弾性表面波特性を示すランガサイト単結晶ウエーハを、安定且つ良好な歩留りで提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明者等はランガサイト単結晶の結晶面に着目し、詳細な検討を行った結果、本発明を成すに到った。
即ち、本発明は、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属するいずれかの結晶面の垂線方向に単結晶の育成軸を有するランガサイト単結晶である。
【０００８】
本発明者等が鋭意、検討を行った結果、種々の結晶面の内、上記の結晶面は良好な弾性表面波特性を有することが判った。従って、このような結晶面の垂線方向に育成軸を有するランガサイト単結晶を用いれば、良好な弾性表面波を有する上記結晶面を面方位とするウエーハを、加工ロスなく良好な歩留りで製造することができる。又、上記のような育成軸を有するランガサイト単結晶は、クラック不良率が小さいことも判った。従って、このような単結晶は製造歩留りに優れるものである。
【０００９】
又、前記結晶面群に属するいずれかの結晶面の垂線方向と単結晶育成軸との偏差が１．０°以下である上記ランガサイト単結晶である。
特に、上記結晶面の垂線方向と単結晶育成軸との偏差が１．０°以下のランガサイト単結晶は、クラック不良率が小さく製造歩留りに優れ、且つウエーハを作製する場合の加工ロスを少なくすることができるので好ましい。
【００１０】
また、本発明は、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝である上記ランガサイト単結晶である。
具体的には、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が上記面指数である場合、これに属する結晶面が良好な弾性表面波を有する。そのため、このような結晶面の垂線方向に育成軸を有するランガサイト単結晶からは、特に良好な弾性表面波を有するウエーハを製造することができる。
【００１１】
又、本発明は、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、
ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属するいずれかの結晶面とウエーハ表面が平行であるランガサイト単結晶ウエーハである。
ランガサイト単結晶の結晶面のうち、上記結晶面に良好な弾性表面波が現れる。そのため、この結晶面とウエーハ表面とが平行である（即ち、この結晶面を面方位とする）ウエーハは、良好な弾性表面波特性を示すものである。また、上記結晶面とウエーハ表面が平行となるように単結晶を切断して複数のウエーハを製造した場合、得られる各ウエーハ間における切断のバラツキ（例えば切断角のバラツキ等）が小さいことも判った。従って、ウエーハ間の弾性表面波特性のバラツキも小さいという利点も有する。
【００１２】
また、前記結晶面群に属するいずれかの結晶面とウエーハ表面とがなす相対角度の大きさが０．５°以下である上記ランガサイト単結晶ウエーハである。
特に、上記結晶面とウエーハ表面とがなす相対角度の大きさが０．５°以下であるウエーハの場合、切断バラツキが小さく、従って弾性表面波特性のバラツキが小さいので好ましい。
【００１３】
また、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝である上記ランガサイト単結晶ウエーハである。
具体的には六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が上記面指数の場合、これに属する結晶面が良好な弾性表面波を有する。従って、この結晶面とウエーハ表面が平行であるウエーハ、即ちこの結晶面を面方位とするウエーハは、特に良好な弾性表面波を示す。
【００１４】
また、本発明は、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、
ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属するいずれかの結晶面の垂線方向に単結晶を育成させるランガサイト単結晶の製造方法である。
前述のように、このような方向に単結晶を育成することにより、ランガサイト単結晶のクラック不良率を小さくすることができ、安定且つ良好な歩留りでランガサイト単結晶を製造することができる。また、ウエーハを作製する場合に加工ロスを最も少なくすることができ、安定且つ良好な歩留りでウエーハを製造することができる。
【００１５】
また、前記結晶面群に属するいずれかの結晶面の垂線方向が結晶軸となる種結晶を用いて単結晶を育成させるランガサイト単結晶の製造方法である。
上記結晶面の垂線方向に単結晶を育成させるには、具体的にはこの垂線方向が結晶軸となる種結晶を用いればよい。
【００１６】
また、前記結晶面群に属するいずれかの結晶面の垂線方向に単結晶を引き上げる上記ランガサイト単結晶の製造方法である。
上記結晶面の垂線方向に単結晶を育成させる方法としては、特に単結晶を上記結晶面の垂線方向に引き上げるチョクラルスキー法によるのがよい。
【００１７】
また、前記結晶面群に属するいずれかの結晶面の垂線方向と、種結晶の結晶軸又は単結晶の育成軸との偏差が１．０°以下である上記ランガサイト単結晶の製造方法である。
このように、種結晶の結晶軸又は単結晶の育成軸との偏差が１．０°以下であれば、特にランガサイト単結晶のクラック不良率を小さくすることができ、安定且つ良好な歩留りでランガサイト単結晶を製造することができる。また、ウエーハを作製する場合に加工ロスを最も少なくすることができ、安定且つ良好な歩留りでウエーハを製造することができる。
【００１８】
また、成長させる単結晶の六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝である上記ランガサイト単結晶の製造方法である。
具体的にはランガサイト単結晶においては六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が上記面指数である場合、これに属する結晶面が良好な弾性表面波を有する。そのため、このような結晶面の垂線方向に単結晶を育成させて得られるランガサイト単結晶からは、生産性及び高歩留りで良好な弾性表面波を有するウエーハを製造することができる。
【００１９】
また、本発明は、上記いずれかのランガサイト単結晶の製造方法にて単結晶を製造後、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属するいずれかの結晶面と平行に単結晶を切断するランガサイト単結晶ウエーハの製造方法である。
【００２０】
このように、先ず上記のランガサイト単結晶の製造方法にてランガサイト単結晶を製造することにより、単結晶中のクラックの発生を抑えることができ、従って良好な表面を有するウエーハを製造することができる。
更に、上記結晶面は良好な弾性表面波特性を有するので、この結晶面と平行に単結晶を切断することで、良好な弾性表面波特性を示す面方位のウエーハを製造することができる。又、複数のウエーハを製造する場合、各ウエーハの切断のバラツキを抑えることができるので、弾性表面波特性のバラツキを抑えたウエーハを製造することができる。更に、上記結晶面と平行に単結晶を切断することは、単結晶の育成軸に垂直に切断することが可能である。従って、最も加工ロスを少なくすることができるので、良好な生産性および歩留りでウエーハを製造することができる。
【００２１】
また、前記結晶面群に属するいずれかの結晶面と切断面とがなす相対角度の大きさが０．５°以下となるように単結晶を切断する上記ランガサイト単結晶ウエーハの製造方法である。
このように、上記結晶面と切断面とがなす相対角度の大きさが０．５°以下となるようにランガサイト単結晶を切断することにより、特に良好且つバラツキのない弾性表面波特性を示すウエーハを、加工ロスなく良好な歩留りで製造することができる。
【００２２】
更に、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝である上記ランガサイト単結晶ウエーハの製造方法である。
具体的には六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が上記面指数の場合、これに属する結晶面が良好な弾性表面波を有する。従って、この結晶面と平行に単結晶を切断することにより、特に良好な弾性表面波を示すウエーハを製造することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明のランガサイト単結晶においては、適当な結晶面の垂線方向に単結晶の育成軸を有することを特徴とする。
【００２４】
適当な結晶面としては、良好な弾性表面波を示すものである。これは、後述するように、単結晶製造歩留りを向上し、切断のバラツキを小さくするためには、結晶面に平行にスライスするのが望ましいからである。即ち、良好な弾性表面波特性を有する結晶面の垂線方向に単結晶を育成し、これを平行にスライスすれば得られるウエーハはこの結晶面を面方位とするものであるので、良好な弾性表面波を有するものとなる。
【００２５】
更に結晶面としては、単結晶切断後にＸ線回折によりカット面を検査するために、Ｘ線回折ピークを検出できる結晶面である必要がある。尚、Ｘ線回折ピークは任意の面方位で検出されるものではない。それは、例えば一般的な粉末Ｘ線回折プロファイル（横軸が２θ、縦軸がＸ線回折強度）において、検出可能な面方位が限定されていることからも容易に判る。また、結晶面及びその高次面からのＸ線回折ビームが検出できるか否かは、結晶構造及び原子種、原子配列等によっても決定されるものである。
【００２６】
そこで、本発明者等は最適な結晶面を見出すべく、Ａ．Ｎ．Ｇｏｔａｌｓｋａｙａ等が報告［Ａ．Ｎ．Ｇｏｔａｌｓｋａｙａ等、ＩＥＥＥＦｒｅｑ．Ｃｔｒｌ．Ｓｙｍｐ．、３３９〜３４７ページ、（１９９３）］しているＸ線回折ピークが検出された結晶面から選択した種々の結晶面について、単結晶の育成歩留り及びウエーハの製造歩留り、ウエーハ製造の際の単結晶切断のバラツキ、生産性、更に弾性表面波特性等の点を検討した。
【００２７】
その結果、結晶面としては、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、
ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属するいずれかの結晶面が適当であることを見出した。特に結晶面としては、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝で表わされる結晶面群に属する結晶面が、最良の弾性表面波を有するので、最適であることが判った。
【００２８】
ここで、六方晶系表示の結晶面について説明する。ランガサイトは三方晶であるが、一般に六方晶表示の格子定数が用いられる。ＪＣＰＤＳカード４１０１５５においても六方晶表示が採用されており、ａ軸の格子定数は０．８１７ｎｍ、ｃ軸の格子定数は０．５０９９ｎｍと記載されている。結晶方位の詳細に関しては例えば、カリティ著、松村訳、「Ｘ線回折要論（アグネ）」に記載されている。ランガサイトの場合、ＸＹＺ直交座標が使用され、ａ軸の一つをＸ軸、ｃ軸をＺ軸、Ｘ軸及びＺ軸に直交する軸をＹ軸としている。
【００２９】
上述のｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数から選択された結晶面はＹ軸及びＺ軸に交点を持ち、Ｘ軸に平行な面である。そして、これらの結晶面の垂線はＹＺ面内に存在する。図１に、一例として｛０３４｝結晶面及びその垂線方向を示す。ウエーハ面が｛０３４｝結晶面と平行な場合には、ＣｕターゲットをＸ線源としたときに、２θ＝８６．８°、ω＝４３．４°で回折線を検出することができる。
【００３０】
本発明のランガサイト単結晶においては、上記結晶面の垂線方向に単結晶の育成軸を有することを特徴とする。この場合、結晶面の垂線方向と単結晶育成軸との偏差は１．０°以下とするのが好ましい。このように、結晶面の垂線方向に育成軸を有することにより、単結晶中のクラックの発生を抑えることができる。
【００３１】
即ち、本発明者等は、以前に他の結晶ではあるが、結晶面に対する育成軸の方位により、クラック（欠陥）の発生率が大きく異なることを経験していた。具体的には、育成軸とＸ面との成す角度をそれぞれ９０°及び８８．５°とした各ランガサイト単結晶を育成したところ、クラック不良率はそれぞれ１０％及び４０％であった。このことから、クラックの発生を抑えるには単結晶の育成軸は低指数面の結晶面の垂線方向と平行であることが望ましいと考えられる。
【００３２】
本発明のランガサイト単結晶ウエーハは、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属するいずれかの結晶面とウエーハ表面とが平行であることを特徴とする。好ましくは、この結晶面とウエーハ表面とがなす相対角度の大きさが０．５°以下である。このようにウエーハ表面が適当な結晶面と平行なウエーハにおいては、製造された各ウエーハ間の切断のバラツキ（例えば切断角のバラツキ等）が小さい。その結果、弾性表面波特性のバラツキを小さくすることができ、更にはフィルタ等の弾性表面波デバイスの製造バラツキを小さくすることができる。
【００３３】
このように切断のバラツキが小さいことは、ウエーハのカット面検査の工程で明らかになった。即ち、ウエーハを作製する場合には、Ｘ線回折を利用したカット面検査装置によりカット面が検査される。その際、選択した結晶面と切断面とが適当な相対角度となるように種々の切断角で切断され、これらの切断面が検査される。これらの結果、仕様値が相対角度０°、言い換えれば選択した結晶面と切断面とが平行であるように複数枚のウエーハを製造した場合、最もウエーハ間の切断のバラツキが小さくなることが判った。
【００３４】
上述の通り、本発明のウエーハは上記結晶面を面方位とするものである。従って、ウエーハに良好な弾性表面波を発現させるためには、結晶面方位に良好な弾性表面波を有する必要がある。そのような適当な結晶面としては、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属するいずれかの結晶面である。特に、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝で表わされる結晶面群に属する結晶面が、最良の弾性表面波を有するので最適である。
【００３５】
このように本発明のランガサイト単結晶ウエーハは、良好な弾性表面波を有するのみならず、製造された各ウエーハ間の弾性表面波のバラツキも小さいものである。従って、本発明のランガサイト単結晶ウエーハは、弾性表面波デバイス（例えば携帯電話等の小型、軽量の無線通信システム等における周波数フィルタ、共振子、遅延線等）の製造に好適に使用することができる。
【００３６】
本発明のランガサイト単結晶の製造方法においては、適当な結晶面の垂線方向に単結晶を育成させることを特徴とする。適当な結晶面としては、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属する結晶面である。好ましくは結晶面は、成長させる単結晶の六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝で表わされる結晶面群に属する結晶面である。これらの結晶面は特に良好な弾性表面波特性を有するため好ましい。
【００３７】
本発明のランガサイト単結晶の製造方法においては、上記結晶面の垂線方向に単結晶を育成させることを特徴とする。前述のように、このように単結晶を育成させることにより、単結晶中のクラックの発生を抑えることができる。従って、クラック不良率を低減することができ、単結晶を安定且つ良好な歩留りで製造することができる。
【００３８】
このような単結晶の育成法としては、ＦＺ法、ボート法等、種々の方法が挙げられるが、特には結晶引上げ法（ＣＺ法）を好適に利用することができる。即ち、原料を融解し、融液に種結晶を接触させ、単結晶を育成しつつこれを引き上げれば良い。
その際、上記結晶面の垂線方向に単結晶を育成させるには、具体的には上記結晶面群に属するいずれかの結晶面の垂線方向が結晶軸となる種結晶を用いればよい。
即ち、所望結晶面が水平になるように種結晶を加工し、これを結晶面が水平になるようにチャック等に取り付け単結晶を育成させ、これを垂直方向へ引き上げればよい。
【００３９】
この際に、上記結晶面の垂線方向と、種結晶の結晶軸又は単結晶の育成軸との偏差が１．０°以下であるのが好ましい。これにより、単結晶中のクラックの発生を特に抑えることができ、製造歩留りを更に高めることができるとともに、弾性表面波特性も良好となる。
本発明のランガサイト単結晶の製造条件において、例えば原料組成はＬａ₂ Ｏ₃ ：Ｇａ₂ Ｏ₃ ：ＳｉＯ₂ ＝１〜２：２〜３：１（モル比）、及び引上げ速度は１〜５ｍｍ／時である。
【００４０】
本発明のランガサイト単結晶ウエーハの製造方法においては、先ず上記本発明のランガサイト単結晶の製造方法にて単結晶を製造する。即ち、適当な結晶面の垂線方向に単結晶を育成する。これにより、単結晶を結晶面に平行にスライスしてウエーハを製造する場合は、育成軸と垂直にスライスすることになり、加工ロスを最も少なくすることができる。従って、ウエーハを良好な歩留りで製造することができる。
【００４１】
例えば、５０°回転Ｙカットウエーハを製造する場合は、先ず単結晶育成軸を５０°回転Ｙ方向にする。そして、得られた単結晶を５０°回転Ｙカット面に平行にスライスすれば、加工によるロスを最も少なくすることができる。同様に、５７〜６９°回転Ｙカットウエーハを製造する場合は、単結晶育成軸を５７〜６９°回転Ｙ方向にする。そして、得られた単結晶を５７〜６９°回転Ｙカット面に平行にスライスすれば、加工によるロスを最も少なくすることができる。尚、従来これらを育成軸としたランガサイト単結晶育成の報告例はなかったし、これに平行にウエーハを切り出した例もなかった。
【００４２】
次いで、得られた単結晶を上記結晶面と平行に切断して、本発明のウエーハが製造される。この場合、結晶面と切断面とがなす相対角度の大きさが０．５°以下となるように単結晶を切断するのが好ましい。前述のように、結晶面と平行に切断して複数枚のウエーハを製造する場合に、得られる各ウエーハ間の切断のバラツキが小さい。その結果、弾性表面波特性のバラツキを小さくすることができ、更にはフィルタ等の弾性表面波デバイスの製造バラツキを小さくすることができる。
尚、単結晶の切断は、ワイヤソーや内周刃スライサ、外周刃スライサ等により行えばよい。
【００４３】
上記結晶面は、ウエーハの面方位となるものである。従って、ウエーハに良好な弾性表面波を発現させるためには、この結晶面が良好な弾性表面波を有する必要がある。そのような結晶面としては、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群に属するいずれかの結晶面である。特に、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝で表わされる結晶面群に属する結晶面が、特に良好な弾性表面波を有するので好ましい。
その後、ウエーハ製造で行われる通常の処理、例えば面取り、ラッピング、鏡面研磨等を行って本発明のランガサイト単結晶ウエーハが製造される。
【００４４】
更に弾性表面波デバイスを製造するには、上記ランガサイト単結晶ウエーハの鏡面にアルミニウム膜を形成し、その後、フォトリソグラフィ等を利用した微細加工技術により、弾性表面波を送受信する所定形状を有する櫛形電極を形成し、弾性表面波デバイスが製造される。
【００４５】
【実施例】
以下、実施例にて本発明を具体的に説明する。
・ランガサイト単結晶の製造、及びクラック不良率（％）の評価
（実施例１〜２１）
ＣＺ法により各ランガサイト単結晶を育成した。即ち、Ｌａ₂ Ｏ₃ 、Ｇａ₂ Ｏ₃ 、及びＳｉＯ₂ をモル比でそれぞれ３：５：２となるように秤量、混合し、原料を調製した。この原料を白金ルツボに充填し、高周波加熱にて原料を融解後、種結晶を融液に接触させた。尚、使用した種結晶としては、表１に示す選択した結晶面の垂線方向と結晶軸とが種々の偏差をなすものを用いた。その後、種結晶を回転数１３ｒｐｍにて一定に回転させつつ、２ｍｍ／時の速度で上方に引上げ、直径８０ｍｍ、長さ１００ｍｍ、及び表１の育成方向を有する各ランガサイト単結晶を育成した。
得られた各ランガサイト単結晶について、そのクラック不良率を測定した。結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】

【００４７】
表１から明らかなように、結晶面の垂線と育成軸とが平行、特にその偏差が１．０°以下の場合に、クラック不良率が最も低く優れていることが判る。
【００４８】
・ウエーハ角度偏差の評価
（実施例２２〜２６）
｛０３４｝結晶面の垂線方向を育成軸としてランガサイト単結晶を育成し、直径７６．０ｍｍに円筒研削加工を施した。次いで、この円柱の上下端面を｛０３４｝面と０．０５°以下の偏差となるように切断した。そして、スライス面と｛０３４｝面とが相対角度が０°、±０．５°、±１．０°となるように治具（スライサー）を予め調製後、単結晶をスライスし、上記各相対角度を有する０．５ｍｍ厚のウエーハを各１００枚を作製した。そして、各１００枚の切断面のバラツキを評価するため、最大ウエーハ角度偏差を測定した。表２に結果を示す。
【００４９】
尚、図２は相対角度の説明図である。相対角度はＹＺ面内のみで変化させた。またウエーハ角度偏差とは、設定した相対角度と実測した相対角度との差であり、この内、絶対値が最大のものが最大ウエーハ角度偏差である。例えば、｛０３４｝面と各ウエーハ面（スライス面）との設定した相対角度が１．０°であり、相対角度の実測値がそれぞれ１．２°、１．１°、０．７°、及び０．９°であるとすると、ウエーハ角度偏差はそれぞれ０．２°、０．１°、−０．３°、及び−０．１である。そして、最大ウエーハ角度偏差は、０．３°である。
【００５０】
【表２】

【００５１】
表２から明らかなように、結晶面｛０３４｝とウエーハ表面とがなす相対角度の大きさが０．５°以下、特に０°（即ち結晶面とウエーハ面が完全に平行）である場合、最大ウエーハ角度偏差が非常に小さく、各ウエーハ間における切断角のバラツキが非常に小さいことが判る。
【００５２】
・弾性表面波特性の評価
（実施例２７〜３７）
弾性表面波特性として、デバイス設計の際に特に重要な温度特性を評価した。即ち、育成したランガサイト単結晶を円筒研削加工後、表３に示す選択した結晶面の面方位に切断し、ウエーハ表面を鏡面研磨加工、裏面を粗面研磨加工し、直径７６ｍｍ、厚さ０．４５ｍｍの各ランガサイト単結晶ウエーハを作製した。
【００５３】
次いで、ウエーハ表面にアルミニウムにて成膜し、フォトリソグラフィにより櫛形電極を形成し、１ポート共振器を作製した。ウエーハ表面における弾性表面波の伝搬方向は、Ｘ軸とのなす角が２４°の方向であった。
次いで、弾性表面波の中心周波数の温度変化をネットワークアナライザを用いて測定し、最小自乗法により二次曲線フィッティングした時の二次の比例定数を算出した。この絶対値を温度係数とした。結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】

【００５５】
表３から明らかなように、種々の結晶面の内、結晶面の垂線方向とＹ軸とのなす角度か４２．８〜７６．５°の範囲にある結晶面が、温度変化が小さく安定であり、良好な弾性表面波特性を示すことが判る。具体的には、そのような結晶面としては、面指数｛ｈｋｌ｝が、｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝である結晶面である。
【００５６】
以上の結果から、クラック等の発生がなく従ってランガサイト単結晶を良好な歩留りで製造し、更に切断のバラツキ（例えばウエーハ角度偏差）が小さく且つ良好な弾性表面波特性を有するウエーハを歩留り良く製造するためには、六方晶系表示の面指数｛ｈｋｌ｝が、ｈ＝０、且つｋ及びｌは１〜５の整数
で表わされる結晶面群、特に｛０３２｝、｛０４３｝、｛０２２｝、｛０３４｝、｛０２３｝、｛０３５｝、｛０１２｝、｛０２５｝、又は｛０１３｝に属するいずれかの結晶面の垂線方向に単結晶を育成させ、得られた単結晶を上記結晶面と平行にスライスしてウエーハを製造すればよいことが判る。
【００５７】
以上、本発明について詳述したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に従って、特定の結晶面の垂線方向に単結晶を育成させれば、クラック等の発生の少ない単結晶を得ることができ、単結晶の製造歩留り及び生産性を向上させることができる。また、得られた単結晶を、特定の結晶面と平行にスライスすれば、得られるウエーハ間の切断バラツキが小さくなり、ウエーハ間の弾性表面波特性のバラツキを小さくできる。その結果、フィルタ等の弾性表面波デバイスの製造においても製造バラツキを小さくすることができる。また、特定の結晶面と平行にスライスすることは、単結晶の育成軸と垂直にスライスすることである。従って、ウエーハ製造の際の加工ロスを最も少なくすることができ、ウエーハの製造歩留りを向上させることができる。その結果、廉価な弾性表面波デバイスを提供することができる。更に、結晶面は良好な弾性表面波を有する結晶面であるので、これを面方位とする本発明のウエーハは良好な弾性表面波特性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】｛０３４｝結晶面（即ち、６１．６°回転Ｙカット面）、及びこの面に垂直な方向（即ち、６１．６°回転Ｙ方向）を示す。
【図２】スライス面と｛０３４｝面とが成す角、即ち相対角度を説明する図である。
【符号の説明】
１…｛０３４｝結晶面、２…６１．６°回転Ｙ方向、３…スライス面、
４…相対角度。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a langasite single crystal, a langasite single crystal wafer, and methods for producing them. In particular, the present invention relates to a langasite single crystal having no occurrence of cracks, a langasite single crystal wafer having no variation in cutting between the manufactured wafers and having good surface acoustic wave characteristics, and a stable and good The present invention relates to a langasite single crystal that can be produced with a yield and a method for producing the wafer.
[0002]
[Prior art]
A surface acoustic wave device is a circuit element that performs signal processing by converting an electrical signal into a surface acoustic wave. It is widely used as a frequency filter, a resonator, a delay line, etc. mainly in small and light wireless communication systems such as mobile phones.
In the production of such a surface acoustic wave device, LiNbO _Three LiTaO _Three A wafer having an appropriate crystal plane orientation, such as a piezoelectric single crystal, is appropriately selected and used according to the specifications of a wireless communication system or the like.
[0003]
For example, in the production of a surface acoustic wave device, a piezoelectric single crystal is first grown by an appropriate single crystal growth method such as a CZ (Czochralski) method. The obtained single crystal is ground into a cylindrical shape and sliced in a desired crystal plane orientation. Then, the surface on which the surface acoustic wave propagates is mirror-polished to produce a single crystal wafer. Next, the surface acoustic wave device is manufactured by forming an aluminum film on the mirror surface and then forming a comb-shaped electrode having a predetermined shape for transmitting and receiving the surface acoustic wave by a fine processing technique using photolithography or the like. The
[0004]
In this way, piezoelectric single crystals are used for surface acoustic wave devices, but in recent years, as a new piezoelectric single crystal, langasite (La _Three Ga _Five SiO ₁₄ ) Is attracting attention. Langasite is a material originally discovered as a laser crystal [A. A. Kaminski et al., Phys. Stat. Sol. (A), 80, 387-398, (1983)]. However, since it has a large piezoelectric constant, it is expected to have a large bulk acoustic wave and surface acoustic wave, and the optimum orientation search for these elastic wave characteristics has been vigorously performed.
[0005]
For example, as an optimal orientation, Y-cut [V. V. Bezdelkin et al., Journal de Physique, Vol. 4, pages 139-156 (1994)] have been reported to have good properties. In addition, in the surface acoustic wave characteristics, X-cut [Sato et al., Material for the 150th elastic wave element technology, 51st meeting, 21-27, (1997)], 50 ° rotation Y-cut [Inoue et al. 18th Ultrasonic Electronics Symposium Lecture Proceedings, OE5, pages 9-10, (1997)], or 57-69 ° rotated Y-cut [Kadota et al., 27th EM Symposium, pages 117-124, (1998)] It has been reported to have good properties. In particular, it is reported that the 50 ° rotation Y-cut and the 57-69 ° rotation Y-cut are orientations having a power flow angle of 0, good temperature characteristics, and a large electromechanical coupling coefficient.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above report, although a surface orientation having good surface acoustic wave characteristics is described, it does not describe providing a device at a low cost. In the case of manufacturing a device, there is an important factor as to whether a single crystal and a wafer can be manufactured with a stable and good yield, and no report or invention has been made in consideration of this point.
In view of the above circumstances, the present invention is a stable and stable langasite single crystal free from cracks and the like, and a langasite single crystal wafer that exhibits good surface acoustic wave characteristics without variation in cutting between each manufactured wafer. The purpose is to provide with good yield.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the inventors of the present invention focused on the crystal face of the langasite single crystal, and as a result of detailed studies, the present invention was achieved.
That is, The present invention Hexagonal plane index {hkl} is h = 0, and k and l are integers of 1 to 5.
Is a langasite single crystal having a growth axis of the single crystal in the perpendicular direction of any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by
[0008]
As a result of diligent investigations by the present inventors, it has been found that, among various crystal planes, the crystal plane has good surface acoustic wave characteristics. Therefore, by using a langasite single crystal having a growth axis in the direction perpendicular to the crystal plane, a wafer having the crystal plane having a good surface acoustic wave as the plane orientation can be produced with a good yield without any processing loss. be able to. It was also found that the langasite single crystal having the growth axis as described above has a small crack defect rate. Therefore, such a single crystal is excellent in production yield.
[0009]
Also, the above In the Langasite single crystal, the deviation between the perpendicular direction of any crystal plane belonging to the crystal plane group and the single crystal growth axis is 1.0 ° or less.
In particular, the Langasite single crystal whose deviation between the perpendicular direction of the crystal plane and the single crystal growth axis is 1.0 ° or less has a low crack defect rate and excellent production yield, and less processing loss when producing a wafer. This is preferable.
[0010]
Also, The present invention The face index {hkl} of the hexagonal system is {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013} It is the said langasite single crystal.
Specifically, when the plane index {hkl} in the hexagonal system is the plane index, the crystal plane belonging to the plane index has a good surface acoustic wave. For this reason, a wafer having particularly good surface acoustic waves can be manufactured from a langasite single crystal having a growth axis in the direction perpendicular to the crystal plane.
[0011]
or, The present invention The plane index {hkl} of the hexagonal system is
h = 0 and k and l are integers of 1 to 5
Is a Langasite single crystal wafer in which any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by
Among the crystal faces of the langasite single crystal, a good surface acoustic wave appears on the crystal face. For this reason, a wafer in which the crystal plane and the wafer surface are parallel (that is, with the crystal plane as the plane orientation) exhibits good surface acoustic wave characteristics. In addition, when a plurality of wafers are manufactured by cutting a single crystal so that the crystal plane and the wafer surface are parallel to each other, it is also found that there is little variation in cutting (for example, variation in cutting angle) between the obtained wafers. It was. Therefore, there is an advantage that the variation in the surface acoustic wave characteristics between the wafers is small.
[0012]
Also, the above The above-mentioned Langasite single crystal wafer, wherein the relative angle between any crystal plane belonging to the crystal plane group and the wafer surface is 0.5 ° or less.
In particular, a wafer in which the relative angle between the crystal plane and the wafer surface is 0.5 ° or less is preferable because the variation in cutting is small and the variation in surface acoustic wave characteristics is small.
[0013]
Hexagonal crystal The langa whose system display surface index {hkl} is {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013} It is a site single crystal wafer.
Specifically, when the plane index {hkl} in the hexagonal system is the plane index, the crystal plane belonging to the plane index has a good surface acoustic wave. Therefore, a wafer in which the crystal plane and the wafer surface are parallel, that is, a wafer having the crystal plane as a plane orientation exhibits particularly good surface acoustic waves.
[0014]
Also, The present invention The plane index {hkl} of the hexagonal system is
h = 0 and k and l are integers of 1 to 5
A method for producing a langasite single crystal in which a single crystal is grown in the direction perpendicular to any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by
As described above, by growing the single crystal in such a direction, the crack defect rate of the langasite single crystal can be reduced, and the langasite single crystal can be produced with a stable and good yield. Further, when manufacturing a wafer, the processing loss can be minimized, and the wafer can be manufactured with a stable and good yield.
[0015]
Also, the above In this method, a single crystal is grown using a seed crystal in which the perpendicular direction of any crystal plane belonging to the crystal plane group is a crystal axis.
In order to grow a single crystal in the perpendicular direction of the crystal plane, specifically, a seed crystal whose crystal axis is the perpendicular direction may be used.
[0016]
Also, the above The method for producing a langasite single crystal, wherein the single crystal is pulled in a direction perpendicular to any crystal plane belonging to the crystal plane group.
As a method for growing a single crystal in the direction perpendicular to the crystal plane, it is particularly preferable to use the Czochralski method of pulling the single crystal in the direction perpendicular to the crystal plane.
[0017]
Also, the above In the method for producing a langasite single crystal, the deviation between the perpendicular direction of any crystal plane belonging to the crystal plane group and the crystal axis of the seed crystal or the growth axis of the single crystal is 1.0 ° or less.
Thus, if the deviation from the crystal axis of the seed crystal or the growth axis of the single crystal is 1.0 ° or less, the crack defect rate of the langasite single crystal can be reduced, and the yield is stable and good. A Langasite single crystal can be produced. Further, when manufacturing a wafer, the processing loss can be minimized, and the wafer can be manufactured with a stable and good yield.
[0018]
Also grow The plane index {hkl} of the single crystal to be expressed is {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or { 013}, which is a method for producing the above-mentioned langasite single crystal.
Specifically, in the Langasite single crystal, when the plane index {hkl} in the hexagonal system is the above-described plane index, the crystal plane belonging to this has a good surface acoustic wave. Therefore, from a langasite single crystal obtained by growing a single crystal in the direction perpendicular to the crystal plane, a wafer having a good surface acoustic wave can be produced with high productivity and high yield.
[0019]
Also, The present invention After producing a single crystal by any one of the above-mentioned methods for producing a langasite single crystal, the hexagonal system plane index {hkl} is h = 0, and k and l are integers of 1 to 5.
A method for producing a langasite single crystal wafer in which a single crystal is cut in parallel with any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by
[0020]
Thus, by first producing a langasite single crystal by the above method for producing a langasite single crystal, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the single crystal, and thus to produce a wafer having a good surface. Can do.
Furthermore, since the crystal plane has a good surface acoustic wave characteristic, a wafer having a plane orientation exhibiting a good surface acoustic wave characteristic can be produced by cutting a single crystal parallel to the crystal plane. . Further, when a plurality of wafers are manufactured, variations in cutting of each wafer can be suppressed, so that a wafer in which variations in surface acoustic wave characteristics are suppressed can be manufactured. Furthermore, cutting the single crystal parallel to the crystal plane can be performed perpendicular to the growth axis of the single crystal. Therefore, the processing loss can be minimized, and the wafer can be manufactured with good productivity and yield.
[0021]
Also, the above In this method of manufacturing a Langasite single crystal wafer, the single crystal is cut so that the relative angle between any crystal plane belonging to the crystal plane group and the cut plane is 0.5 ° or less.
In this way, by cutting the Langasite single crystal so that the relative angle between the crystal plane and the cut plane is 0.5 ° or less, the surface acoustic wave characteristics are particularly good and have no variation. The wafer shown can be manufactured with good yield without processing loss.
[0022]
In addition, hexagonal crystals The langa whose system display surface index {hkl} is {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013} This is a method for producing a site single crystal wafer.
Specifically, when the plane index {hkl} in the hexagonal system is the plane index, the crystal plane belonging to the plane index has a good surface acoustic wave. Therefore, by cutting a single crystal parallel to the crystal plane, a wafer exhibiting a particularly good surface acoustic wave can be manufactured.
[0023]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto.
The langasite single crystal of the present invention is characterized in that it has a single crystal growth axis in the normal direction of the crystal plane.
[0024]
As an appropriate crystal plane, a good surface acoustic wave is exhibited. This is because, as will be described later, in order to improve the yield of single crystal production and reduce the variation in cutting, it is desirable to slice in parallel to the crystal plane. That is, a single crystal is grown in the direction perpendicular to the crystal plane having good surface acoustic wave characteristics, and the wafer obtained by slicing the single crystal in parallel has the crystal plane as the plane orientation. It has surface waves.
[0025]
Furthermore, the crystal plane needs to be a crystal plane capable of detecting an X-ray diffraction peak in order to inspect the cut plane by X-ray diffraction after cutting a single crystal. Note that the X-ray diffraction peak is not detected in any plane orientation. This can be easily understood from the fact that, for example, in the general powder X-ray diffraction profile (the horizontal axis is 2θ and the vertical axis is the X-ray diffraction intensity), the detectable plane orientation is limited. Whether or not an X-ray diffraction beam from a crystal plane and its higher-order plane can be detected is also determined by the crystal structure, atomic species, atomic arrangement, and the like.
[0026]
In view of this, the present inventors have found A. N. Reported by Gotskaya et al. [A. N. Gottokaya et al., IEEE Freq. Ctrl. Symp. Pp. 339 to 347, (1993)] with respect to various crystal planes selected from the crystal planes from which the X-ray diffraction peaks were detected, single crystal growth yield, wafer production yield, and single crystal during wafer production. We examined points such as cutting variation, productivity, and surface acoustic wave characteristics.
[0027]
As a result, as the crystal plane, the hexagonal plane index {hkl}
h = 0 and k and l are integers of 1 to 5
It was found that any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by In particular, as the crystal plane, the hexagonal display plane index {hkl} is {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, Alternatively, it has been found that the crystal plane belonging to the crystal plane group represented by {013} has the best surface acoustic wave and is therefore optimal.
[0028]
Here, the crystal plane of the hexagonal system display will be described. Langasite is a trigonal crystal, but a hexagonal lattice constant is generally used. The JCPDS card 410155 also employs hexagonal crystal display, with the a-axis lattice constant being 0.817 nm and the c-axis lattice constant being 0.5099 nm. Details of the crystal orientation are described in, for example, Karity, translation by Matsumura, “X-ray diffraction theory (Agne)”. In the case of Langasite, XYZ orthogonal coordinates are used, where one of the a axes is the X axis, the c axis is the Z axis, and the axis orthogonal to the X axis and the Z axis is the Y axis.
[0029]
The crystal plane selected from the above-described h = 0 and k and l being an integer of 1 to 5 is a plane having an intersection with the Y-axis and the Z-axis and parallel to the X-axis. The perpendiculars of these crystal planes exist in the YZ plane. FIG. 1 shows a {034} crystal plane and its perpendicular direction as an example. When the wafer plane is parallel to the {034} crystal plane, diffraction lines can be detected at 2θ = 86.8 ° and ω = 43.4 ° when the Cu target is an X-ray source.
[0030]
The langasite single crystal of the present invention is characterized by having a single crystal growth axis in the direction perpendicular to the crystal plane. In this case, the deviation between the perpendicular direction of the crystal plane and the single crystal growth axis is preferably 1.0 ° or less. Thus, by having the growth axis in the direction perpendicular to the crystal plane, the occurrence of cracks in the single crystal can be suppressed.
[0031]
That is, the present inventors have previously experienced that the incidence of cracks (defects) varies greatly depending on the orientation of the growth axis with respect to the crystal plane, although other crystals. Specifically, when each langasite single crystal was grown with the angle formed by the growth axis and the X plane being 90 ° and 88.5 °, the crack defect rates were 10% and 40%, respectively. From this, it is considered that the growth axis of the single crystal is preferably parallel to the perpendicular direction of the low index crystal plane in order to suppress the occurrence of cracks.
[0032]
The langasite single crystal wafer of the present invention has a hexagonal system plane index {hkl}, h = 0, and k and l are integers of 1 to 5.
Any one of crystal planes belonging to the crystal plane group represented by the formula (1) is parallel to the wafer surface. Preferably, the relative angle between the crystal plane and the wafer surface is 0.5 ° or less. As described above, in a wafer in which the wafer surface is parallel to an appropriate crystal plane, variation in cutting between manufactured wafers (for example, variation in cutting angle) is small. As a result, variations in surface acoustic wave characteristics can be reduced, and manufacturing variations in surface acoustic wave devices such as filters can be reduced.
[0033]
Such a small variation in cutting became clear in the process of inspecting the cut surface of the wafer. That is, when a wafer is manufactured, the cut surface is inspected by a cut surface inspection apparatus using X-ray diffraction. At that time, the selected crystal plane and the cut plane are cut at various cutting angles so that the relative angles are appropriate, and these cut planes are inspected. As a result, it was found that when a plurality of wafers were manufactured such that the specification value was a relative angle of 0 °, in other words, the selected crystal plane and the cut surface were parallel, the cutting variation between the wafers was the smallest. It was.
[0034]
As described above, the wafer of the present invention has the crystal plane as the plane orientation. Therefore, in order to develop a good surface acoustic wave on the wafer, it is necessary to have a good surface acoustic wave in the crystal plane orientation. As such an appropriate crystal plane, the hexagonal system plane index {hkl} is h = 0, and k and l are integers of 1 to 5.
Any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by In particular, the plane index {hkl} of the hexagonal system is {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013} The crystal plane belonging to the crystal plane group represented by the formula (1) is optimal because it has the best surface acoustic wave.
[0035]
As described above, the Langasite single crystal wafer of the present invention has not only good surface acoustic waves, but also small variations in surface acoustic waves between manufactured wafers. Therefore, the langasite single crystal wafer of the present invention can be suitably used for manufacturing a surface acoustic wave device (for example, a frequency filter, a resonator, a delay line, etc. in a small and light wireless communication system such as a mobile phone). it can.
[0036]
The method for producing a langasite single crystal according to the present invention is characterized in that the single crystal is grown in a direction perpendicular to an appropriate crystal plane. Appropriate crystal planes include a hexagonal plane index {hkl}, h = 0, and k and l are integers of 1 to 5.
A crystal plane belonging to the crystal plane group represented by Preferably, the crystal plane has a plane index {hkl} of a single crystal to be grown of {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}. , {025}, or a crystal plane belonging to the crystal plane group represented by {013}. These crystal faces are preferable because they have particularly good surface acoustic wave characteristics.
[0037]
In the method for producing a langasite single crystal according to the present invention, the single crystal is grown in the direction perpendicular to the crystal plane. As described above, by growing the single crystal in this way, the occurrence of cracks in the single crystal can be suppressed. Therefore, the crack defect rate can be reduced, and a single crystal can be manufactured with a stable and good yield.
[0038]
As a method for growing such a single crystal, various methods such as an FZ method and a boat method can be mentioned. In particular, a crystal pulling method (CZ method) can be preferably used. That is, the raw material is melted, the seed crystal is brought into contact with the melt, and the single crystal is grown and pulled up.
In this case, in order to grow a single crystal in the perpendicular direction of the crystal plane, specifically, a seed crystal in which the perpendicular direction of any crystal plane belonging to the crystal plane group is a crystal axis may be used.
That is, the seed crystal is processed so that the desired crystal plane is horizontal, this is attached to a chuck or the like so that the crystal plane is horizontal, and a single crystal is grown, and this is pulled up in the vertical direction.
[0039]
At this time, the deviation between the perpendicular direction of the crystal plane and the crystal axis of the seed crystal or the growth axis of the single crystal is preferably 1.0 ° or less. Thereby, generation | occurrence | production of the crack in a single crystal can be suppressed especially, a manufacturing yield can be raised further, and a surface acoustic wave characteristic becomes favorable.
In the manufacturing conditions of the langasite single crystal of the present invention, for example, the raw material composition is La ₂ O _Three : Ga ₂ O _Three : SiO ₂ = 1 to 2: 2 to 3: 1 (molar ratio), and the pulling speed is 1 to 5 mm / hour.
[0040]
In the method for producing a langasite single crystal wafer of the present invention, a single crystal is first produced by the method for producing a langasite single crystal of the present invention. That is, a single crystal is grown in the normal direction of an appropriate crystal plane. As a result, when a wafer is manufactured by slicing a single crystal parallel to the crystal plane, the wafer is sliced perpendicular to the growth axis, and the processing loss can be minimized. Therefore, the wafer can be manufactured with a good yield.
[0041]
For example, when manufacturing a 50 ° rotation Y-cut wafer, first, the single crystal growth axis is set to the 50 ° rotation Y direction. If the obtained single crystal is sliced parallel to the 50 ° rotated Y-cut surface, the loss due to processing can be minimized. Similarly, when a 57-69 ° rotated Y-cut wafer is manufactured, the single crystal growth axis is set to the 57-69 ° rotated Y direction. If the obtained single crystal is sliced parallel to the 57-69 ° rotated Y-cut surface, the loss due to processing can be minimized. Conventionally, there has been no report on the growth of a langasite single crystal using these as growth axes, and there has been no example of cutting a wafer in parallel with this.
[0042]
Next, the obtained single crystal is cut in parallel with the crystal plane to produce the wafer of the present invention. In this case, it is preferable to cut the single crystal so that the relative angle between the crystal plane and the cut plane is 0.5 ° or less. As described above, when a plurality of wafers are manufactured by cutting in parallel to the crystal plane, the variation in cutting between the obtained wafers is small. As a result, variations in surface acoustic wave characteristics can be reduced, and manufacturing variations in surface acoustic wave devices such as filters can be reduced.
The single crystal may be cut with a wire saw, an inner peripheral blade slicer, an outer peripheral blade slicer, or the like.
[0043]
The crystal plane is the plane orientation of the wafer. Therefore, in order to develop a good surface acoustic wave on the wafer, this crystal plane needs to have a good surface acoustic wave. As such a crystal plane, a hexagonal system plane index {hkl} is h = 0, and k and l are integers of 1 to 5.
Any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by In particular, the plane index {hkl} of the hexagonal system is {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013} The crystal plane belonging to the crystal plane group represented by the formula is preferable because it has a particularly favorable surface acoustic wave.
Then, the usual processing performed by wafer manufacture, such as chamfering, lapping, mirror polishing, etc., is performed to manufacture the langasite single crystal wafer of the present invention.
[0044]
Further, in order to manufacture a surface acoustic wave device, an aluminum film is formed on the mirror surface of the above-mentioned Langasite single crystal wafer, and then a comb shape having a predetermined shape for transmitting and receiving surface acoustic waves by a microfabrication technique using photolithography or the like. An electrode is formed and a surface acoustic wave device is manufactured.
[0045]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples.
・ Production of Langasite single crystal and evaluation of crack defect rate (%)
(Examples 1 to 21)
Each langasite single crystal was grown by CZ method. That is, La ₂ O _Three , Ga ₂ O _Three And SiO ₂ Were weighed and mixed in a molar ratio of 3: 5: 2 to prepare the raw materials. This raw material was filled in a platinum crucible, the raw material was melted by high frequency heating, and the seed crystal was brought into contact with the melt. In addition, as the used seed crystal, those in which the perpendicular direction of the selected crystal plane shown in Table 1 and the crystal axis make various deviations were used. After that, while the seed crystal was constantly rotated at a rotation speed of 13 rpm, the seed crystal was pulled upward at a speed of 2 mm / hour to grow each langasite single crystal having a diameter of 80 mm, a length of 100 mm, and the growth directions shown in Table 1.
About each obtained langasite single crystal, the crack defect rate was measured. The results are shown in Table 1.
[0046]
[Table 1]

[0047]
As is clear from Table 1, it can be seen that the crack defect rate is the lowest and excellent when the perpendicular to the crystal plane and the growth axis are parallel, particularly when the deviation is 1.0 ° or less.
[0048]
・ Evaluation of wafer angle deviation
(Examples 22 to 26)
A Langasite single crystal was grown with the perpendicular direction of the {034} crystal plane as the growth axis, and was subjected to cylindrical grinding to a diameter of 76.0 mm. Next, the upper and lower end surfaces of the cylinder were cut so as to have a deviation of 0.05 ° or less from the {034} plane. Then, after preparing a jig (slicer) in advance so that the relative angle between the slice plane and the {034} plane is 0 °, ± 0.5 °, ± 1.0 °, the single crystal is sliced, 100 wafers each having a relative angle of 0.5 mm thickness were produced. And in order to evaluate the variation of 100 cut surfaces, the maximum wafer angle deviation was measured. Table 2 shows the results.
[0049]
FIG. 2 is an explanatory diagram of relative angles. The relative angle was changed only in the YZ plane. The wafer angle deviation is a difference between the set relative angle and the actually measured relative angle, and the largest wafer angle deviation is the absolute value. For example, the set relative angle between the {034} plane and each wafer plane (slice plane) is 1.0 °, and the measured values of the relative angles are 1.2 °, 1.1 °, 0.7 °, respectively. And 0.9 °, the wafer angle deviations are 0.2 °, 0.1 °, −0.3 °, and −0.1, respectively. The maximum wafer angle deviation is 0.3 °.
[0050]
[Table 2]

[0051]
As is clear from Table 2, when the relative angle between the crystal plane {034} and the wafer surface is 0.5 ° or less, particularly 0 ° (that is, the crystal plane and the wafer surface are completely parallel), It can be seen that the maximum wafer angle deviation is very small, and the variation in cutting angle between each wafer is very small.
[0052]
・ Evaluation of surface acoustic wave characteristics
(Examples 27 to 37)
As surface acoustic wave characteristics, temperature characteristics that are particularly important during device design were evaluated. That is, the grown langasite single crystal is subjected to cylindrical grinding, and then cut into the plane orientation of the selected crystal plane shown in Table 3, the wafer surface is mirror-polished and the back surface is roughened, and the diameter is 76 mm and the thickness is 0. Each langasite single crystal wafer of .45 mm was produced.
[0053]
Next, a film was formed of aluminum on the wafer surface, and comb-shaped electrodes were formed by photolithography to produce a 1-port resonator. The propagation direction of the surface acoustic wave on the wafer surface was such that the angle formed with the X axis was 24 °.
Next, the temperature change of the center frequency of the surface acoustic wave was measured using a network analyzer, and a quadratic proportional constant was calculated when a quadratic curve was fitted by the least square method. This absolute value was taken as the temperature coefficient. The results are shown in Table 3.
[0054]
[Table 3]

[0055]
As is apparent from Table 3, the crystal plane within the range of 42.8 to 76.5 °, which is the angle formed between the perpendicular direction of the crystal plane and the Y axis, is stable with little temperature change. It can be seen that it exhibits good surface acoustic wave characteristics. Specifically, as such a crystal plane, the plane index {hkl} has {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025} } Or {013}.
[0056]
From the above results, it is possible to produce a langasite single crystal with a good yield without occurrence of cracks and the like, and a wafer with a small surface variation (for example, wafer angle deviation) and good surface acoustic wave characteristics with a good yield. In order to produce, the hexagonal system face index {hkl} is h = 0, and k and l are integers of 1 to 5.
In particular, any crystal belonging to {032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013} It can be seen that a single crystal is grown in the direction perpendicular to the plane, and the obtained single crystal is sliced parallel to the crystal plane to produce a wafer.
[0057]
As mentioned above, although this invention was explained in full detail, this invention is not limited to the said embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
[0058]
【The invention's effect】
If a single crystal is grown in the direction perpendicular to a specific crystal plane according to the present invention, a single crystal with few occurrences of cracks and the like can be obtained, and the production yield and productivity of the single crystal can be improved. Further, if the obtained single crystal is sliced in parallel with a specific crystal plane, the variation in cutting between the obtained wafers can be reduced, and the variation in the surface acoustic wave characteristics between the wafers can be reduced. As a result, manufacturing variations can be reduced in the manufacture of surface acoustic wave devices such as filters. In addition, slicing parallel to a specific crystal plane means slicing perpendicular to the growth axis of the single crystal. Therefore, it is possible to minimize the processing loss at the time of manufacturing the wafer and improve the manufacturing yield of the wafer. As a result, an inexpensive surface acoustic wave device can be provided. Furthermore, since the crystal plane is a crystal plane having a good surface acoustic wave, the wafer of the present invention having this plane orientation has a good surface acoustic wave characteristic.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows a {034} crystal plane (ie, 61.6 ° rotated Y-cut plane) and a direction perpendicular to this plane (ie, 61.6 ° rotated Y direction).
FIG. 2 is a diagram for explaining an angle formed by a slice plane and a {034} plane, that is, a relative angle.
[Explanation of symbols]
1 ... {034} crystal plane, 2 ... 61.6 ° rotation Y direction, 3 ... slice plane,
4 ... Relative angle.

Claims

The plane index {hkl} of the hexagonal system is
{032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013}
A langasite single crystal having a growth axis of a single crystal in a direction perpendicular to any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by

The langasite single crystal according to claim 1, wherein a deviation between a perpendicular direction of any crystal plane belonging to the crystal plane group and a single crystal growth axis is 1.0 ° or less.

The plane index {hkl} of the hexagonal system is
{032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013}
A langasite single crystal wafer, characterized in that any one of crystal planes belonging to the crystal plane group represented by the above and the wafer surface are parallel.

4. The langasite single crystal wafer according to claim 3 , wherein the relative angle formed by any one of the crystal planes belonging to the crystal plane group and the wafer surface is 0.5 ° or less. 5.

The plane index {hkl} of the hexagonal system is
{032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013}
A method for producing a langasite single crystal, comprising growing a single crystal in a direction perpendicular to any one of crystal planes belonging to the crystal plane group represented by

6. The method for producing a langasite single crystal according to claim 5, wherein the single crystal is grown using a seed crystal in which a perpendicular direction of any crystal plane belonging to the crystal plane group is a crystal axis.

The method for producing a langasite single crystal according to claim 5 or 6 , wherein the single crystal is pulled up in a direction perpendicular to any one of crystal planes belonging to the crystal plane group.

And the perpendicular direction of the one of the crystal faces that belong to the crystal plane group, claims 5 to 7 deviation between the growing crystal axis or single crystal of the seed crystal is characterized in that at 1.0 ° or less The manufacturing method of the langasite single crystal of any one of these.

After producing a single crystal by the method for producing a langasite single crystal according to any one of claims 5 to 8 , the plane index {hkl} of hexagonal system display is:
{032}, {043}, {022}, {034}, {023}, {035}, {012}, {025}, or {013}
A method for producing a langasite single crystal wafer, wherein the single crystal is cut in parallel with any crystal plane belonging to the crystal plane group represented by:

10. The langasite according to claim 9 , wherein the single crystal is cut so that a relative angle formed by any one of the crystal planes belonging to the crystal plane group and the cut plane is 0.5 ° or less. A method for producing a single crystal wafer.