(57)【要約】      （修正有）【課題】特別な種結晶の検査をすることなしに、結晶育成の際にクラックの発生を抑制できる酸化物単結晶の育成法の提供。【解決手段】坩堝内の原料融液に種結晶の先端側を接触させかつ種結晶を回転させながら引上げて単結晶を育成するチョクラルスキー法による酸化物単結晶の育成方法において、坩堝内の原料を新規原料とし、該新規原料の融液から育成される単結晶の直胴部長が上記種結晶の長手方向長さに設定された種結晶用単結晶を製造すると共に、該種結晶用単結晶の直胴部から複数の種結晶１６を製造し、得られた種結晶の上記直胴部トップ側１６ａに対応する部位を種結晶の先端側にして酸化物単結晶を育成する酸化物単結晶の育成方法。前記酸化物単結晶がタンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶である酸化物単結晶の育成方法。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
坩堝内の原料融液に種結晶の先端側を接触させかつ種結晶を回転させながら引上げて単結晶を育成するチョクラルスキー法による酸化物単結晶の育成方法において、
坩堝内の原料を新規原料とし、該新規原料の融液から育成される単結晶の直胴部長が上記種結晶の長手方向長さに設定された種結晶用単結晶を製造すると共に、該種結晶用単結晶の直胴部から複数の種結晶を製造し、かつ、得られた種結晶の上記直胴部トップ側に対応する部位を種結晶の上記先端側にして酸化物単結晶を育成することを特徴とする酸化物単結晶の育成方法。
【請求項２】
上記酸化物単結晶がタンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶であることを特徴とする請求項１に記載の酸化物単結晶の育成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チョクラルスキー法による酸化物単結晶の育成方法に係り、特に、タンタル酸リチウム単結晶やニオブ酸リチウム単結晶の育成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
タンタル酸リチウム（以下、ＬＴと略記する場合がある）単結晶、および、ニオブ酸リチウム（以下、ＬＮと略記する場合がある）単結晶は圧電性を有しており、圧電性を利用した表面弾性波（以下、ＳＡＷと略記する場合がある）デバイスに用いられ、なかでも、携帯電話に代表される移動体通信用途に盛んに用いられている。
【０００３】
そして、ＳＡＷデバイス用途のＬＴ、ＬＮ単結晶は、チョクラルスキー法（以下、ＣＺ法と略記する場合がある）と呼ばれる引上げ法により育成されることが多い。ＣＺ法により育成された単結晶からウェハを切り出し、該ウェハを研磨し、研磨されたウェハ上に電極を形成し、チップ裁断され、パッケージングを経てＳＡＷデバイスは完成される。尚、特に記さない限り、本明細書でいう結晶は単結晶を意味する。
【０００４】
以下、ＣＺ法による単結晶の育成について、図１（Ａ）を用いて説明する。ＬＴ、ＬＮ単結晶の育成では、高融点の原料融液６を保持するため、貴金属ルツボ４としてイリジウムが使われる場合が多く、加熱方式としてワークコイル８による誘導加熱式が多い。
【０００５】
まず、原料を融解し、原料融液表面を融点に調整し、種結晶３の先端側を原料融液６表面に接触（種付けと称する）させる。そして、原料融液を過冷却とし、種結晶３を上方へ引き上げると、種結晶３を始点とした結晶成長が始まる。種結晶３は、その基端側に図１（Ｂ）に示すような固定用孔３ａが設けられた角柱状または円柱状の形状を有しており、図１（Ｃ）に示すように種結晶支持棒５に種結晶固定ピン７等で固定されるが、種結晶３を固定できれば方法は問わない。簡易に貴金属ワイヤで縛り付けて固定する場合もある。
【０００６】
結晶の対象性を向上させるため、種結晶３は回転させる場合が多い。種結晶支持棒５は上方のロードセル（図示せず）に吊られている場合が多く、結晶の重量を知ることができ、重量から直径を計算し、融液の温度を調整し、所望の直径に制御し、円柱状の結晶が育成される。ウェハとしては円形のものが要求されているため、ウェハを円柱状の結晶から効率よく得るには、引き上げ方向に対して垂直に切り出すのが最も有利である。
【０００７】
ＬＴ、ＬＮウェハは直径４〜６インチのサイズが流通しているが、ウェハは後工程のハンドリングのため真円に、また面取りのため外周が研削される都合から、結晶は所望ウェハサイズよりやや太めに育成される。太過ぎれば研削ロスが過剰になって原料に対する重量歩留りが悪化するため、研削ロスを可能な限り最少にすることが肝要である。
【０００８】
ところで、育成された結晶に対するＳＡＷデバイスの要求は、結晶品質は当然ながら、結晶の方位も重要な要求項目となる。尚、一般に、結晶のａ軸をＸ軸、ｃ軸をＺ軸、Ｘ軸とＺ軸に直交する軸をＹ軸と呼んでおり（図２に参照）、ＳＡＷデバイスの特性は、ウェハ１３の面方位、すなわちウェハ１３面からの垂線が向く方向により変化する。
【０００９】
一般に、ＳＡＷデバイスに好適な結晶の面方位は、ウェハ１３面がＸ軸と平行で、かつ、ウェハ１３面からの垂線とＹ軸のなす角（図３のα参照）である回転角１５が、ＬＴの場合は３３〜４６°（図４の結晶１０参照）の範囲とされ、ＬＮの場合は１２８°（図４の結晶１１参照）におよぶ場合もある。これ等を一般にＹカットと呼び、例えば、回転角１５が４２°の場合、４２°ＲＹ（Rotated Y cut）のように表記する。また、図４の結晶１２で示すＬＮのように、回転角を持たず、特定の軸に沿う場合があり、結晶１２の場合は単にＹと呼ぶ。
【００１０】
このようにＬＴ単結晶やＬＮ単結晶は、多様なウェハ（基板）が求められ、例えば０．５°刻みで作り分けて、微妙な特性差を狙うことも珍しくはない。従って、多様な方位のＳＡＷデバイス用ウェハを効率よく製造するため、結晶育成の段階で、所望のウェハ方位に引き上げることが望ましいことは、上記ＣＺ法の説明において述べた通りである。例えば３６°ＲＹで育成されたＬＴから４２°ＲＹのウェハを作製すれば、相応の加工ロスを生じることになってしまう。そこで、図４に示すように従来から所望のウェハ方位で結晶を引き上げているが、ＣＺ法は種結晶１６の方位に倣って結晶を成長させていく育成法であるため、種結晶１６についても方位毎に必要となる。
【００１１】
そして、種結晶は消耗品で、多くの場合、一回の育成で寿命となるため、定期的にＳＡＷデバイス用に育成した結晶を種結晶取得用に充てなければならない。育成した１本の結晶（直胴部）からできるだけ多くの種結晶を取得したいため、図５に示すように結晶育成軸１４と平行に種結晶１６を切り出すのが最も効率が良いことになる。尚、図５中、符号１６ａは得られた種結晶１６の直胴部トップ側に対応する部位、符号１６ｂは種結晶１６の直胴部ボトム側に対応する部位、および、符号１６ｃは固定用孔をそれぞれ示す。
【００１２】
また、種結晶の品質は育成する酸化物単結晶の単結晶化率に大きく影響し、種結晶に含まれた結晶欠陥は、酸化物単結晶育成初期の結晶肩部分に伝播しかつ直胴部へ拡大し、結晶全体を不良化してしまう場合があり問題となる。ここで、種結晶に含まれる「結晶欠陥」は転位を指し、「不良」とは育成される酸化物単結晶の転位による多結晶化を指す。
【００１３】
そして、ＬＴ、ＬＮ単結晶は、多結晶部が激しく割れる特性をもつため、不良は、見た目にクラック（ヒビ割れ）となる（図６参照）。
【００１４】
そこで、当然ながら種結晶の品質を管理し、種結晶に起因する不良を減じようという試みがなされ、いくつか提案されている。例えば、特許文献１や特許文献２では種結晶の一部の面を鏡面状に仕上げ、この鏡面から種結晶内部を光学的に検査し、あるいは、育成された結晶直胴部の種結晶側（結晶肩部側）から切り出したウェハをＸ線トポグラフで検査し、欠陥を含まない種結晶を選別することで、クラック発生率を約３．１〜１２．１％に抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開平６−２１１５９５号公報（請求項１〜２参照）
【特許文献２】特開平８−３１０８９９号公報（請求項１参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかし、特許文献１や特許文献２に記載された方法では、種結晶端面の鏡面研磨、偏光観察等の煩雑な検査作業や、結晶直胴部の種結晶側から切り出したウェハのＸ線トポグラフによる検査等を要するという不都合があった。加えて、検査により転位を含むと判断された種結晶は廃棄されてしまう（スクラップとなる）等の問題が存在した。
【００１７】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、特許文献１や特許文献２に記載された特別な検査をすることなしに、結晶育成の際にクラックの発生を抑制できる酸化物単結晶の育成方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
すなわち、本発明に係る第１の発明は、
坩堝内の原料融液に種結晶の先端側を接触させかつ種結晶を回転させながら引上げて単結晶を育成するチョクラルスキー法による酸化物単結晶の育成方法において、
坩堝内の原料を新規原料とし、該新規原料の融液から育成される単結晶の直胴部長が上記種結晶の長手方向長さに設定された種結晶用単結晶を製造すると共に、該種結晶用単結晶の直胴部から複数の種結晶を製造し、かつ、得られた種結晶の上記直胴部トップ側に対応する部位を種結晶の上記先端側にして酸化物単結晶を育成することを特徴とし、
また、第２の発明は、
第１の発明に記載の酸化物単結晶の育成方法において、
上記酸化物単結晶がタンタル酸リチウム単結晶またはニオブ酸リチウム単結晶であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る酸化物単結晶の育成方法によれば、
新規原料を用いた種結晶用単結晶の直胴部から製造された種結晶の上記直胴部トップ側に対応する部位を種結晶の先端側にして酸化物単結晶を育成しているため、種結晶に起因するＬＴ、ＬＮ単結晶等のクラック発生率を大幅に低減でき、Ｘ線トポグラフ等による種結晶の検査を省略しても従来と同等の歩留りが得られる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（Ａ）はＣＺ法による単結晶の育成法を示す説明図、図１（Ｂ）は図１（Ａ）に示す種結晶３の斜視図、図１（Ｃ）は図１（Ａ）に示す種結晶３、種結晶支持棒５および種結晶固定ピン７の斜視図。
【図２】基本のＹカット基板に係る概略斜視図。
【図３】基本のＲＹカット基板に係る概略斜視図。
【図４】ＳＡＷデバイスに好適なＬＴやＬＮ単結晶の方位を示す説明図。
【図５】育成された単結晶から切り出される種結晶を示す説明図。
【図６】ＬＴやＬＮ単結晶のクラックを表す説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２２】
ＣＺ法による単結晶の育成では、坩堝内に仕込んだ原料融液の全てを単結晶にすることはできず、単結晶育成後には坩堝内に原料が残る。そこで、通常は単結晶として取り出された分と同量の原料を坩堝内に追加（チャージ）した上で、次回の単結晶育成を行っている。
【００２３】
このため、単結晶の育成を繰り返すと、坩堝内の原料に不純物が蓄積していくことになるため、単結晶の育成回数が３０回程度となった時点で、坩堝内の原料を全て新規原料に取り換えている。
【００２４】
新規原料から育成されたＬＴ、ＬＮ結晶と、育成回数を重ねた原料から育成されたＬＴ、ＬＮ結晶の結晶欠陥を詳しく観察すると、新規原料から育成されたＬＴ、ＬＮ結晶の方が育成回数を重ねた原料から育成されたＬＴ、ＬＮ結晶より結晶欠陥が少なく、新規原料から育成された結晶から種結晶を取得した方が好ましいことが分かった。
【００２５】
また、育成されたＬＴ、ＬＮ結晶に生じている結晶欠陥を詳しく観察すると、結晶の直胴部トップ側よりも直胴部ボトム側に転位が集積したリネージ（線状の結晶欠陥）が強く形成され易いことが分かった。
【００２６】
このため、単結晶基板を得るための単結晶のように、直胴部長の長い長尺結晶の直胴部ボトム側から種結晶を取得すると、種結晶内に結晶欠陥を含む確率が高くなり、このような種結晶を用いて酸化物単結晶の育成を行うと結晶性の悪い結晶となり、クラック発生率が高くなることが予想される。そこで、種結晶用単結晶の直胴部長は、種結晶の長手方向長さだけあれば十分と言える。
【００２７】
また、上記種結晶用単結晶の直胴部から切り出された種結晶を原料融液に接触させる場合、得られた種結晶の上記直胴部トップ側に対応する部位を原料融液に接触させた方が好ましいと言える。
【００２８】
従来法では、種結晶を観察し、リネージ（線状の結晶欠陥）の発生しているような種結晶を選別し、結晶育成に使わないようにしていたが、種結晶の状態と、それを用いて得られるＬＴ、ＬＮ結晶のクラック発生率を詳細に調査すると、種結晶が切り出される取得元単結晶（種結晶用単結晶）の直胴部トップ側に対応する部位を種結晶の先端側として原料融液に接触させることで、種結晶に起因するようなクラックの発生が大幅に減少することが分かった。
【００２９】
育成された種結晶用単結晶の直胴部トップ側では、転位がいくつも集積したような欠陥が図６に示すように未だ生じていないため、わざわざ種結晶の検査を行わなくても、ＬＴ、ＬＮ結晶等のクラック発生を大幅に減少させることが可能となる。
【００３０】
種結晶は、図５に示すように取得元単結晶（種結晶用単結晶）の結晶育成軸１４と平行に直胴部を切断し、かつ、種付けする方向（種結晶の先端側）を取得元単結晶（種結晶用単結晶）の直胴部トップ側に限定するだけでよく、Ｘ線トポグラフでの検査や、種結晶端面の鏡面研磨、偏光観察等を行う必要は無い。
【００３１】
すなわち、坩堝内の原料融液に種結晶の先端側を接触させかつ種結晶を回転させながら引上げて酸化物単結晶を育成するＣＺ法による本発明の育成方法は、
坩堝内の原料を新規原料とし、該新規原料の融液から育成される単結晶の直胴部長が上記種結晶の長手方向長さに設定された種結晶用単結晶を製造すると共に、該種結晶用単結晶の直胴部から複数の種結晶を製造し、かつ、得られた種結晶の上記直胴部トップ側に対応する部位を種結晶の上記先端側にして酸化物単結晶を育成することを特徴とするものである。
【００３２】
そして、各方位のＳＡＷデバイス用に育成した酸化物単結晶を定期的に種結晶取得用に充て、各方位の種結晶を得ればよい。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。
【００３４】
尚、下記実施例と比較例においては、従来と同様、単結晶の育成回数が３０回となった時点で、坩堝内原料を全て新規原料に取り換えて行っている。
【００３５】
［実施例１］
まず、種結晶用単結晶（取得元単結晶）の育成を行った。
【００３６】
育成原料には、純度が９９．９９％のＴａ2Ｏ5（酸化タンタル）とＬｉ2ＣＯ3（炭酸リチウム）をコングルエント組成となるように混合し、得られた混合粉を反応させてＬＴ（ＬｉＴａＯ3）粉末とした仮焼粉を用いた。
【００３７】
そして、予め用意しておいた種結晶を用い、ＣＺ法により、結晶方位が４２°ＲＹで、直胴部長が約８０ｍｍ、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のＬＴ単結晶（種結晶用単結晶）の育成を行った。
【００３８】
育成雰囲気は、酸素濃度約３％の窒素−酸素混合ガスである。
【００３９】
次に、育成したＬＴ単結晶（種結晶用単結晶）の直胴部から１０ｍｍ角、長さ７５ｍｍの種結晶を切り出し、得られた種結晶の上記直胴部トップ側に対応する部位を種結晶の先端側にして原料融液に接触させ、ＣＺ法により、結晶方位が４２°ＲＹで、直胴部長が約９０ｍｍ、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のＬＴ単結晶の育成を４５０回行ったところ、クラックの発生率は３．６％であった。結果を表１に示す。
【００４０】
［実施例２］
種結晶用単結晶（取得元単結晶）の育成原料には、純度が９９．９９％のＮｂ2Ｏ5（酸化ニオブ）とＬｉ2ＣＯ3（炭酸リチウム）をコングルエント組成となるように混合し、得られた混合粉を反応させてＬＮ（ＬｉＮｂＯ3）粉末とした仮焼粉を用いた。
【００４１】
そして、予め用意しておいた種結晶を用い、ＣＺ法により、結晶方位が１２８°ＲＹで、直胴部長が約８０ｍｍ、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のＬＮ単結晶（種結晶用単結晶）の育成を行った。
【００４２】
育成雰囲気は、酸素濃度約３％の窒素−酸素混合ガスである。
【００４３】
次に、育成したＬＮ単結晶（種結晶用単結晶）の直胴部から１０ｍｍ角、長さ７５ｍｍの種結晶を切り出し、得られた種結晶の上記直胴部トップ側に対応する部位を種結晶の先端側にして原料融液に接触させ、ＣＺ法により、結晶方位が１２８°ＲＹで、直胴部長が約９０ｍｍ、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のＬＮ単結晶の育成を２００回行ったところ、クラックの発生率は３．５％であった。結果を表１に示す。
【００４４】
［比較例１］
実施例１と同一の育成原料を用いてＬＴ単結晶（種結晶用単結晶）を育成し、かつ、育成したＬＴ単結晶（種結晶用単結晶）の直胴部から種結晶を切り出すと共に、得られた種結晶の上記直胴部ボトム側に対応する部位を種結晶の先端側にして原料融液に接触させた以外は、実施例１と同様にして、ＣＺ法により、結晶方位が４２°ＲＹで、直胴部長が約９０ｍｍ、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のＬＴ単結晶の育成を６７４回行ったところ、クラックの発生率は７．０％であった。結果を表１に示す。
【００４５】
［比較例２］
ＬＴ単結晶の育成を３０回連続して行い、坩堝内原料を全て新規原料に取り換えることなく新規のＬＴ原料を追加した後に育成したＬＴ単結晶から種結晶を取得した以外は実施例１と同様にして、ＣＺ法により、結晶方位が４２°ＲＹで、直胴部長が約９０ｍｍ、直径４インチ（１０１．６ｍｍ）のＬＴ単結晶の育成を１００回行ったところ、クラックの発生率は１６．０％であった。結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2018184325.tif 000003
【００４７】
［評  価］
（１）実施例１と比較例１に係るクラック発生率の差異から確認されるように、種結晶用単結晶から切り出した種結晶の直胴部ボトム側に対応する部位を種結晶の先端側にして原料融液に接触させた場合、比較例１のクラック発生率が実施例１に較べて７．０％と劣っていることが分かる。
【００４８】
（２）また、新規原料を用いて育成されたＬＴ単結晶（種結晶用単結晶）から得られた種結晶を用いた実施例１と、育成回数を重ねた原料（チャージした原料も含む）を用いて育成されたＬＴ単結晶（種結晶用単結晶）から得られた種結晶を用いた比較例２との比較から確認されるように、比較例２のクラック発生率が実施例１に較べて１６．０％と劣っていることも分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明に係る酸化物単結晶の育成方法によれば、新規原料を用いた種結晶用単結晶の直胴部から製造された種結晶の直胴部トップ側に対応する部位を種結晶の先端側にして酸化物単結晶を育成しているため、種結晶に起因するＬＴ、ＬＮ単結晶等のクラック発生率を大幅に低減でき、Ｘ線トポグラフ等による種結晶の検査を省略しても従来と同等の歩留りが得られる効果を有する。このため、ＳＡＷデバイス用のＬＴ、ＬＮ単結晶等の製造法として適用される産業上の利用可能性を有している。
【符号の説明】
【００５０】
３  種結晶
３ａ  固定用孔
４  貴金属ルツボ
５  種結晶支持棒
６  原料融液
７  種結晶固定ピン
８  ワークコイル
１０  結晶
１１  結晶
１２  結晶
１３  ウェハ（基板）
１４  結晶育成軸
１５  回転角
１６  種結晶
１６ａ  直胴部トップ側
１６ｂ  直胴部ボトム側
１６ｃ  固定用孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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