铌酸锂单晶基板及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种对温度、时间等处理条件的管理容易，且体积电阻率的面内分布极少的铌酸锂(LN)基板及其制造方法。上述制造方法是使用通过切克劳斯基法培育出的铌酸锂单晶来制造LN基板的方法，其特征在于，将单晶中的Fe浓度为50质量ppm以上且1000质量ppm以下并被加工成基板状态的LN单晶埋入Al粉末或者Al和Al2O3的混合粉末中，在350℃以上且小于450℃的温度进行热处理，从而制造出体积电阻率被控制在大于1×10

Lithium niobate single crystal substrate and its manufacturing method

The invention provides a lithium niobate (LN) substrate which is easy to manage, such as temperature, time and other processing conditions, and has very little in-plane distribution of volume resistivity, and a manufacturing method thereof. The manufacturing method is a method for manufacturing LN substrate using lithium niobate single crystal by Che Klaus method developed, which is characterized in that the concentration of Fe in crystal quality is more than 50 ppm and 1000 mass ppm and processed into LN single crystal substrate state in Al or Al powder and Al2O3 powder mixture, heat treatment in the above 350 DEG C and less than 450 DEG C, thus producing a volume resistivity was controlled at greater than 1 x 10

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铌酸锂单晶基板及其制造方法
本专利技术涉及一种用于表面弹性波元件等中的铌酸锂单晶基板，特别是，涉及一种在元件的制造工艺中难以产生低成品率的铌酸锂单晶基板及其制造方法的改进。
技术介绍
铌酸锂(LiNbO3；以下，略称为LN)单晶是熔点约为1250℃、居里(Curie)温度约为1140℃的人造铁电晶体。而且，由LN单晶得到的铌酸锂单晶基板(以下，称为LN基板)的用途是用于表面弹性波元件(SAW滤波器)的材料，该表面弹性波元件用于除去电信号噪声，主要用于移动通信装置中。上述SAW滤波器具有的结构是，在由以LN单晶为代表的压电材料构成的基板上，由AlCu合金等的金属薄膜形成梳状电极。该梳状电极起到影响设备特性的重要作用。另外，上述梳状电极是在通过溅射法等在压电材料上形成金属薄膜后，保留梳状图案，并通过光刻技术蚀刻去除不需要的部分而形成的。另外，作为SAW滤波器材料的LN单晶在工业上通过以下方法得到：主要采用切克劳斯基(Czochralski，CZ)法，通常使用白金坩埚，在氧浓度为20％左右的氮-氧混合气体环境的电炉中培养，在电炉内以规定的冷却速度冷却后，从电炉取出而得到。培育出的LN单晶，是无色透明或者呈现出透明度高的淡黄色。培育后，为了去除因培育时的热应力导致的残留变形，在接近熔点的均热条件下进行热处理，进而，进行用于使其单极化的极化处理，即进行以下一系列处理：将LN单晶从室温升温至居里温度以上的规定温度，对单晶施加电压，并在施加有电压的状态下降温至居里温度以下的规定温度后，停止施加电压并冷却至室温。极化处理之后，为了修整单晶的外形而进行了外周磨削的LN单晶(锭)经过切片、研磨(lapping)、抛光工序等的机械加工，形成LN基板。最终得到的基板基本上是无色透明，且体积电阻率为1×1015Ω·cm左右以上。对这种通过以往的方法得到的LN基板而言，在SAW滤波器的制造工艺中存在热电击穿(pyroelectricbreakdown)的问题。热电击穿是指以下现象：由于作为LN单晶特性的热释电性，因工艺中所受的温度变化导致电荷聚集在LN基板表面，由此产生电火花并因此破坏LN基板表面形成的梳状电极，甚至产生LN基板破裂等。热电击穿是元件的制造工艺中成品率低的主要原因。另外，基板的高透光率还会导致以下问题：在作为元件制造工序之一的光刻工序中，透过基板的光在基板背面被反射而返回至表面，导致所形成图案的分辨率变差。于是，为了解决上述问题，专利文献1中提出了将LN基板暴露于500～1140℃范围内的化学还原性环境中使其黑化，从而降低LN基板的电阻值并降低热释电性的方法，其中，上述化学还原性环境是选自于氩、水、氢、氮、二氧化碳、一氧化碳、氧、及它们的组合中的气体。需要说明的是，通过实施上述热处理，使得LN结晶由无色透明变成有色不透明。而且，由于所观察到的有色不透明化的色调与透过光一同呈现褐色～黑色，因此，将该有色不透明化现象在此称之为“黑化”。黑化现象被认为是因还原处理而导致LN基板中导入氧缺陷(空穴)，从而形成颜色中心所致。电阻值的变化被认为是为了补偿因氧缺陷的生成导致的电荷平衡的偏差，Nb离子的价数从+5价变为+4价，从而基板内增加了由Nb离子释放的自由电子所致。因此，黑化的程度和电阻值基本上成比例关系。然而，对专利文献1记载的方法而言，由于将LN基板(结晶)加热至500℃以上的高温，因此，虽然处理时间短，但存在着以下问题：处理批次之间容易产生黑化的偏差，另外，热处理后的基板内容易产生因黑化导致的颜色不均、即容易产生电阻率的面内分布，依旧不能充分防止元件制造工艺中的成品率低的问题。因此，作为解决上述问题的方法，专利文献2中提出了在将LN基板(结晶)埋在粉末中的状态下，以300℃以上且低于500℃的低温进行热处理的方法，其中，所述粉末由选自由Al，Ti，Si，Ca，Mg，C所组成的组中的至少一种元素构成。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开平11-92147号公报；专利文献2：日本特开2005-179177号公报。
技术实现思路
专利技术所要解决的课题对专利文献2所记载的方法而言，因为其处理温度为低于500℃的低温，所以，通过使用简易的装置，能够可靠地提供因黑化导致的颜色不均少、即体积电阻率的面内分布少，且热释电性得以抑制的LN基板。但是，与同样被用于SAW滤波器的钽酸锂单晶(熔点为1650℃)相比，LN单晶(熔点为1250℃)具有易还原的性质，所以，即使在低于500℃的低温中进行还原处理的情况下，处理条件的细微变化也会对处理后的LN结晶(基板)的体积电阻率产生大的影响。因此，在专利文献2记载的方法中，要求对温度、时间等的处理条件进行严格的管理，而且，即使在严格管理的条件下进行处理，虽然不明显但还是容易产生因黑化导致的颜色不均、即体积电阻率的面内分布。因此，专利文献2中记载的方法还有进一步改进的余地。本专利技术是着眼于如上所述问题而完成的。其目的在于，提供一种能够减轻对温度、时间等处理条件的管理并且因黑化导致的颜色不均即体积电阻值的面内分布极少的LN基板及其制造方法。解决问题的技术手段为了解决上述课题，本专利技术人培育了含微量Fe的LN单晶并尝试了其还原实验，结果确认了与不含Fe的LN结晶(基板)相比，含有Fe的LN结晶(基板)变成了难被还原的性质，而且发现了随着结晶所含的Fe含量的增加，LN结晶(基板)的还原难度大致按比例升高，从而完成了本专利技术。即，本专利技术的第一专利技术是一种体积电阻率被控制为大于1×1010Ω·cm且2×1012Ω·cm以下的范围的铌酸锂单晶基板，其特征在于，铌酸锂单晶中的Fe浓度为50质量ppm以上且1000质量ppm以下。另外，本专利技术的第二专利技术是一种使用通过切克劳斯基法培育的铌酸锂单晶来制造铌酸锂单晶基板的方法，其特征在于，将单晶中的Fe浓度为50质量ppm以上且1000质量ppm以下并且被加工成基板状态的铌酸锂单晶，埋入Al粉末或者Al和Al2O3的混合粉末中，在350℃以上且小于450℃的温度条件下进行热处理，从而制造体积电阻率被控制在大于1×1010Ω·cm且2×1012Ω·cm以下的范围的铌酸锂单晶基板。另外，本专利技术的第三专利技术的特征在于，在第二专利技术所记载的铌酸锂单晶基板的制造方法中，所述被加工成基板状态的铌酸锂单晶表面的算数平均粗糙度Ra为0.2μm以上且0.4μm以下。另外，本专利技术的第四专利技术的特征在于，在第二专利技术或第三专利技术所记载的铌酸锂单晶基板的制造方法中，在真空环境下或者在非活性气体的减压环境下进行上述热处理。另外，本专利技术的第五专利技术的特征在于，在第二专利技术、第三专利技术或第四专利技术所记载的铌酸锂单晶基板的制造方法中，将上述热处理进行1小时以上。专利技术效果根据第一专利技术的铌酸锂单晶基板，由于铌酸锂单晶中的Fe浓度为50质量ppm以上且1000质量ppm以下，因此，还原处理后的体积电阻率被稳定地控制在大于1×1010Ω·cm且2×1012Ω·cm以下的范围。另外，根据第二专利技术～第五专利技术的铌酸锂单晶基板的制造方法，由于将单晶中的Fe浓度为50质量ppm以上且1000质量ppm以下并被加工成基板状态的铌酸锂单晶埋入Al粉末或者Al和Al2O3的混合粉末中，并在350℃以上且小于450℃的温度进行热处理，因此，能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铌酸锂单晶基板，其特征在于，其是体积电阻率被控制在大于1×10

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.18 JP 2015-1231881.一种铌酸锂单晶基板，其特征在于，其是体积电阻率被控制在大于1×1010Ω·cm且2×1012Ω·cm以下的范围的铌酸锂单晶基板，铌酸锂单晶中的Fe浓度为50质量ppm以上且1000质量ppm以下。2.一种铌酸锂单晶基板的制造方法，其使用通过切克劳斯基法培育出的铌酸锂单晶来制造铌酸锂单晶基板，其特征在于，将单晶中的Fe浓度为50质量ppm以上且1000质量ppm以下并被加工成基板状态的铌酸锂单晶埋入Al粉末或者Al和Al2O...

【专利技术属性】
技术研发人员：梶谷富男，
申请(专利权)人：住友金属矿山株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP