(57)【要約】  ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの結晶をプリコンディショニングするための方法および装置。結晶の表面の少なくとも一部を、１もしくは複数の活性な化学物質を含有する凝縮された材料により被覆する（１１０）。該結晶を非酸化性環境中で、活性な化学物質が被覆された表面部分の下の結晶を還元することに貢献する活性化温度より高い温度に加熱する（１２０）。該結晶を、活性化温度より高い温度から、活性な化学物質が結晶を還元するためにほぼ不活性になるような急冷温度より低い温度に冷却する（１３０）。
2008500731.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの結晶をプリコンディショニングする方法であって、該方法は、
１もしくは複数の活性な化学物質を含有する凝縮された材料により結晶の表面の少なくとも一部を被覆する工程、
該結晶を非酸化性環境中で、活性な化学物質が被覆された表面部分の下の結晶を還元することに貢献する活性化温度より高い温度に加熱する工程、および
該結晶を、活性化温度より高い温度から、活性な化学物質が結晶を還元するためにほぼ不活性になるような急冷温度より低い温度に冷却する工程
からなる、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの結晶をプリコンディショニングする方法。
【請求項２】
結晶の還元が、１もしくは複数の活性な化学物質が関与する還元反応により結晶を還元することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
還元反応が、複数の化学反応を含み、かつ少なくとも１の活性な化学物質が複数の化学反応の１の化学反応に関与する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
活性な化学物質が、結晶の還元を促進することにより結晶を還元することに貢献する、請求項１記載の方法。
【請求項５】
１もしくは複数の活性な化学物質が、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水素化カルシウム、炭酸マグネシウム、水素化リチウムおよび炭酸リチウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１記載の方法。
【請求項６】
１もしくは複数の活性な化学物質が、重炭酸ナトリウム、水素化カルシウム、水素化リチウムまたは炭酸リチウムを含む、請求項５記載の方法。
【請求項７】
１もしくは複数の活性な化学物質が、水素化リチウムまたは炭酸リチウムを含む、請求項６記載の方法。
【請求項８】
１もしくは複数の活性な化学物質が、水素化リチウムを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
１もしくは複数の活性な化学物質が、水素化物を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
水素化物が、水素化リチウムまたは水素化カルシウムを含む、請求項９記載の方法。
【請求項１１】
１もしくは複数の活性な化学物質が、炭酸塩を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１２】
炭酸塩が、炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムを含む、請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
凝縮された材料による表面部分の被覆が、活性化温度で結晶の還元に貢献しない不活性成分を含む凝縮された材料による表面部分の被覆を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１４】
凝縮された材料による表面部分の被覆が、表面部分上に凝縮された材料の薄膜を堆積させることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項１５】
凝縮された材料による表面部分の被覆が、表面部分上に凝縮により凝縮された材料を堆積させることを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
表面部分上に凝縮により凝縮された材料を堆積することが、非酸化性環境中で結晶を加熱する間に凝縮された材料を堆積することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
薄膜の堆積が、表面部分上への凝縮された材料の物理蒸着を含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
薄膜の堆積が、凝縮された材料による表面部分のスピンコーティングを含む、請求項１４記載の方法。
【請求項１９】
薄膜の堆積が、凝縮された材料による表面部分の浸漬被覆を含む、請求項１４記載の方法。
【請求項２０】
凝縮された材料による表面部分の被覆が、凝縮された材料の粉末による表面部分の被覆を含む、請求項１記載の方法。
【請求項２１】
凝縮された材料による表面部分の被覆が、液状のマトリックス中に活性な化学物質をそれぞれ溶解または分散することにより溶液または分散液を製造し、かつ該溶液または分散液を表面部分上にスピンコーティングすることを含む、請求項１記載の方法。
【請求項２２】
結晶を活性化温度より高い温度に加熱することが、結晶の強誘電性の相転移温度より低い温度に結晶を加熱することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項２３】
結晶を活性化温度より高い温度に加熱することが、結晶を約２５０℃より高い温度に加熱することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項２４】
結晶を非酸化性環境中で加熱することが、結晶を還元性雰囲気中で加熱することを含む、請求項１記載の方法。
【請求項２５】
結晶を非酸化性環境中で加熱することが、結晶を不活性雰囲気中で加熱することを含む、請求項１記載の方法
【請求項２６】
結晶を活性化温度より高い温度に加熱することが、前決定された活性化時間の間、結晶を活性化温度より高い温度に維持することを含む、請求項１記載の方法
【請求項２７】
さらに、凝縮された材料中の活性な化学物質に基づいて活性化時間を決定する、請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
活性化温度より高い温度から、急冷温度より低い温度に結晶を冷却することが、結晶を活性化温度より高い温度から、活性化時間よりも実質的に短い急冷時間内に急冷温度より低い温度に冷却することを含む、請求項２６記載の方法。
【請求項２９】
結晶が結晶ウェハである、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、ニオブ酸リチウムおよびタンタル酸リチウムの結晶のプリコンディショニングに関する。
【０００２】
ニオブ酸リチウム（ＬｉＮｂＯ3"ＬＮ"）およびタンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ3"ＬＴ"）の単結晶は様々な興味深い、かつ有用な物理的特性を有する。ＬＮおよびＬＴの結晶は室温で強誘電性の秩序を有するが、これは自発分極である。ＬＮおよびＬＴの結晶はまた、強い電気光学的な結合、圧電効果とよばれる圧力と電力との結合、および焦電効果とよばれる温度と電力との結合を示す。
【０００３】
ＬＮおよびＬＴの結晶は、多くの電子デバイス、光学デバイスおよび電気光学デバイス、たとえば表面弾性波フィルタまたはその他の周波数フィルタ、光変調器、電気光学スイッチ、または圧電効果もしくは焦電効果を利用した検出器中で使用される。ＬＮまたはＬＴの結晶の特定の特性は、１つの適用にとって有用であり得る一方で、その同じ特性が、別の適用では、または異なった一定の条件下では、不所望の効果を有しうる。たとえば圧力センサおよび熱探知機は、圧電効果および焦電効果をそれぞれ利用する。しかし結晶が製造または操作の間に著しい機械的負荷または温度変化を受けると、圧電効果および焦電効果は結晶の表面上に電荷を形成しうる。形成された電荷はゆっくり、一般に数時間程度で減衰し、かつデバイスの操作の妨げとなるか、または電気火花の引き金となってデバイスを損傷しうる。このような不所望の効果は、結晶をプリコンディショニングすることにより最小化することができる。
【０００４】
１つのプリコンディショニング技術では、還元性雰囲気で結晶を加熱することにより、ＬＮまたはＬＴの結晶を化学的に還元する。還元後に結晶の表面上の電荷は、プリコンディショニングをしない場合よりも高い速度で減衰する。電荷の減衰を促進するために、結晶の還元は、プリコンディショニング中の温度または加熱時間を増大することにより増大することができる。減衰速度が十分に高い場合には、表面電荷は還元された結晶を有するデバイスの操作を損なうようなレベルには形成され得ない。
【０００５】
ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの結晶は、結晶の表面の少なくとも一部を被覆している凝縮された材料中の活性な化学物質を使用して非酸化性雰囲気中でプリコンディショニングされる。この出願において、「凝縮された材料」および「凝縮された化学物質」とは、該材料および化学物質が凝縮を経由するかどうかとは無関係に、気体状ではない材料および化学物質をいう。従って固体または液体の材料は、どのようにして固体または液体の材料が製造されたのかとは無関係に、凝縮された材料とよばれる。凝縮された材料の例は、結晶、粉末、溶液、分散液およびゲルを含む。
【０００６】
一般に１実施態様では、本発明は、ニオブ酸リチウムまたはタンタル酸リチウムの結晶をプリコンディショニングする方法および装置を提供する。結晶の表面の少なくとも一部は、１もしくは複数の活性な化学物質を含有する凝縮された材料により被覆される。結晶は、活性な化学物質が、被覆された表面部分の下の結晶を還元するために貢献する活性化温度より高い温度で非酸化性環境中で加熱される。結晶を活性化温度より高い温度から、活性な化学物質が結晶の還元のためにほぼ不活性となる急冷温度より低い温度に冷却する。
【０００７】
特別な実施態様は、１または複数の以下の特徴を有していてよい。結晶の還元は、１もしくは複数の活性な化学物質が関与する反応を還元することにより結晶を還元することを含んでいてよい。還元反応は、複数の化学反応を含んでいてもよく、かつ少なくとも１の活性な化学物質が複数の化学反応の１つに関与することができる。結晶の還元は活性な化学物質により促進することができる。結晶は結晶ウェハであってもよい。
【０００８】
１もしくは複数の活性な化学物質は、重炭酸ナトリウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウム、水素化カルシウム、炭酸マグネシウム、水素化リチウムおよび炭酸リチウム、およびこれらの組み合わせからなる群から選択されていてよい。たとえば１もしくは複数の活性な化学物質は、重炭酸ナトリウム、水素化カルシウム、水素化リチウムまたは炭酸リチウムを含んでいてよい。あるいは１もしくは複数の活性な化学物質は、水素化リチウムまたは炭酸リチウムを、たとえば水素化リチウムを含有していてもよい。１もしくは複数の活性な化学物質は、水素化物、たとえば水素化リチウムまたは水素化カルシウムを含んでいてよい。１もしくは複数の活性な化学物質は、炭酸塩、たとえば炭酸リチウム、炭酸カリウム、炭酸カルシウムまたは炭酸マグネシウムを含んでいてよい。
【０００９】
凝縮された材料による表面部分の被覆は、活性化温度で結晶の還元に貢献しない不活性な成分を含む凝縮された材料による表面部分の被覆を含んでいてよい。凝縮された材料による表面部分の被覆は、表面部分上での凝縮により凝縮された材料を堆積することを含んでいてよい。表面部分上での凝縮により凝縮された材料を堆積することは、非酸化性環境中で結晶を加熱する間に凝縮された材料を堆積することを含んでいてよい。凝縮された材料による表面部分の被覆は、凝縮された材料の薄膜を表面部分上に堆積させることを含んでいてよい。薄膜の堆積は、表面部分上への凝縮された材料の物理蒸着を含んでいてよい。薄膜の堆積は、凝縮された材料による表面部分のスピンコーティングを含んでいてよい。薄膜の堆積は、凝縮された材料による表面部分の浸漬被覆を含んでいてよい。凝縮された材料による表面部分の被覆は、凝縮された材料の粉末による表面部分の被覆を含んでいてよい。凝縮された材料による表面部分の被覆は、液状のマトリックス中に活性な化学物質をそれぞれ溶解または分散することにより溶液または分散液を製造すること、および該溶液または分散液を表面部分上にスピンコーティングすることを含んでいてよい。
【００１０】
結晶を活性化温度より高い温度に加熱することは、結晶の強誘電性の相転移温度より低い温度に結晶を加熱することを含んでいてよい。結晶を活性化温度より高い温度に加熱することは、結晶を約２５０℃より高い温度に加熱することを含んでいてよい。結晶を非酸化性の環境中で加熱することは、結晶を還元性雰囲気中で、または不活性雰囲気中で加熱することを含んでいてよい。結晶を活性化温度より高い温度に加熱することは、前決定された活性化時間の間に結晶を活性化温度より高い温度で維持することを含んでいてよい。活性化時間は凝縮された材料中の活性な化学物質に基づいて決定することができる。結晶を活性化温度より高い温度から、急冷温度より低い温度に冷却することは、活性化時間より実質的に短い急冷時間内に、結晶を活性化温度より高い温度から急冷温度より低い温度に冷却することを含んでいてよい。
【００１１】
本発明は、１もしくは複数の以下の利点を実現するように実施することができる。凝縮された化学物質をＬＮまたはＬＴの結晶の表面上に適用することにより、還元性雰囲気のみを使用する還元と比較して、結晶の還元を実質的に促進することができる。結晶は比較的低い温度で還元することができる。特にＬＴ結晶は、強誘電性の転移温度より低い温度で効率的に還元することができる。従って結晶は還元の間または還元後に分極する必要がない。結晶は、還元の間に使用される温度で安定している非毒性の化学物質を使用して還元することができる。結晶は、還元性雰囲気中で、または不活性雰囲気中で還元することができる。全ての成長した結晶および結晶ウェハを効率的に還元することができる。あるいは、還元はウェハの選択された部分に限定してもよい。結晶は簡単な技術を使用して還元することができる。たとえば結晶は活性な化学物質を含有する粉末により被覆してもよいし、あるいは活性な化学物質を液状のマトリックス中に溶解または分散し、該溶液または分散液を結晶上にスピンコーティングしてもよい。あるいは、化学物質を浸漬被覆、スピンコーティングにより、または物理蒸着、たとえばスパッタリングもしくは蒸発により結晶上に堆積してもよい。
【００１２】
本発明の１もしくは複数の実施態様の詳細を図面および以下の記載と共に詳細に説明する。本発明のその他の特徴および利点は、詳細な説明、図面および特許請求の範囲から明らかである。
【００１３】
図面の簡単な説明
図１は、ＬＮおよびＬＴの結晶をプリコンディショニングする方法を示すフローチャートの図である。
【００１４】
図２のＡ〜Ｃは、凝縮された化学物質により被覆された例を示す略図である。
【００１５】
図３は、ＬＮおよびＬＴの結晶をプリコンディショニングするシステムを示す略図である。
【００１６】
図４は、ＬＮおよびＬＴの結晶をプリコンディショニングする間の温度変化を示すグラフの図である。
【００１７】
異なる図面中の相応する参照番号および記号は、相応する部材を示す。
【００１８】
詳細な説明
図１は、結晶表面上の電荷の減衰速度を増大するためのＬＮまたはＬＴの結晶をプリコンディショニングする方法１００を示す。ＬＮまたはＬＴの結晶は、たとえばチョクラルスキー法（Ｃｕｒｒｅｎｔ  Ｔｏｐｉｃｓ  ｉｎ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、第１巻、第５４５頁、Ｅ．Ｋａｌｄｉｓ編、Ｎｏｒｔｈ  Ｈｏｌｌａｎｄ  Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇ  Ｃｏ．１９７８）により成長することができる。方法１００は、全ての成長した結晶またはプリカットした結晶、たとえば結晶ウェハを使用して実施することができる。
【００１９】
場合により、ＬＮまたはＬＴの結晶は、方法１００を実施する前に前加工することができる。たとえば結晶表面は、切断したまま、ラッピング、エッチングまたはポリッシングされていてもよいし、または結晶は分極していても分極していなくてもよい。切断したままの表面とは、機械的な成形またはスライス加工から得られる結晶表面をいう。一般的な表面加工工程は、ラッピング、エッチングおよび鏡面ポリッシングのような加工工程を含んでいてよい。これらの加工工程は、通例の化学的機械的な技術を使用して実施することができる。結晶は通例の化学的機械的な研磨装置を使用してポリッシングすることができる。結晶の分極は、結晶が強誘電性の秩序を失う強誘電性の転移温度（つまりいわゆるキュリー温度Ｔｃ、これはＬＴ結晶に関しては約６００℃であり、かつＬＮ結晶に関しては約１１４０℃である）より高い温度に結晶を加熱することにより実施することができる。次いで結晶を電界中で転移温度より低い温度に冷却し、これにより強誘電性の秩序のための配列が固定される。こうして電界は結晶の強誘電性の極を調整する。
【００２０】
少なくとも結晶の表面の一部は、１もしくは複数の活性な化学物質を含有する凝縮された材料により被覆される（工程１１０）。凝縮された材料は、固相であるか、または液相である。１実施態様では、凝縮された材料を薄膜として結晶の表面上に堆積する。たとえば凝縮された材料は浸漬被覆、スピンコーティングまたは物理蒸着により結晶の表面に適用することができる。１実施態様では、凝縮された材料は、結晶表面の特定の部分上に、たとえば結晶の表面を、特定の表面部分を規定するパターン化されたマスクにより被覆した後に堆積する。あるいは凝縮された材料は、結晶の表面を被覆する粉末であってもよい。
【００２１】
結晶表面上にフィルムを堆積するために、活性な化学物質を液状のマトリックス中に溶解または分散してもよい。１実施態様では、液状のマトリックスは相対的に不活性の、気体透過性で、活性な化学物質の均一な懸濁液が得られるように調整するか、または結晶表面を被覆するために使用されるスピンコーティングを最適化することができる粘度を有する。たとえば、フィルムは気体透過性のスピンオンガラス、たとえばＨｏｎｅｙｗｅｌｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｏｆ  Ｓｕｎｎｙｖａｌｅ（Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）から入手可能なＡＣＣＵＧＬＡＳＳ(R)１２５Ｔ−１２Ｂを使用して堆積することができる。このマトリックスは、確立されたスピンコーティングおよび熱硬化法を使用する大量生産の設定において均一に適用される。
【００２２】
凝縮された材料は、結晶を還元するために貢献する活性な化学物質を含む。凝縮された材料は、不活性成分を含んでいてもよい。たとえば活性な化学物質は不活性溶剤中に溶解することができ、かつ溶液を結晶の表面上にスピンコーティングすることができる。あるいは活性な化学物質を液状のマトリックス中に分散し、かつ該分散液を結晶の表面上に堆積することができる。凝縮された活性な化学物質により被覆された結晶の例および活性な化学物質の適切な選択は、図２のＡ〜Ｃを参照しながら論じる。
【００２３】
被覆された結晶を非酸化性環境中で、活性化温度より高い温度で加熱する（工程１２０）。該結晶を加熱装置、たとえば図３を参照して以下に論じる炉を使用して加熱することができる。１実施態様では、結晶は不活性または還元性の雰囲気である非酸化性雰囲気中で活性化温度より高い温度に加熱する。あるいは、結晶を真空下で加熱することができる。
【００２４】
１実施態様では、加熱装置中で加熱する前に、結晶はすでに、結晶を還元するための活性な化学物質を含む凝縮された材料により被覆される。あるいは、結晶はまず活性化温度より高い温度に加熱され、かつ活性な化学物質が凝縮を経由して加熱された結晶上に凝縮された材料を形成してもよい。たとえば活性な化学物質は、加熱装置中で結晶の近くに配置され、かつ温度の上昇に伴って活性な化学物質が蒸発し、かつ蒸気が凝縮を経由して結晶の表面上に凝縮された材料を形成してもよい。
【００２５】
活性な化学物質は、活性化温度より高い温度で、凝縮された材料により被覆された表面の下の結晶の化学的な還元に貢献する。たとえば活性な化学物質は、結晶を化学的に還元する還元反応に関与することができる。還元反応は、一連の化学反応を含むことができ、かつ活性な化学物質は１もしくは複数の化学反応に関与することができる。活性な化学物質は直接または間接に結晶を還元する反応に関与することができる。たとえば活性な化学物質は、その反応生成物が結晶を還元する反応に関与することができるか、または反応生成物が還元性雰囲気と相互作用して結晶を還元することができる。活性な化学物質は、化学的に変化することなく結晶の還元を促進する触媒として作用してもよい。
【００２６】
一般に、還元という用語は、電子を得ることをいい、かつ酸化という用語は電子を除去することをいう。たとえば酸素を材料から除去することは、材料の１もしくは複数の成分を還元する。ＬＮまたはＬＴの結晶に関して、還元メカニズムの詳細はなお議論されている。しかし還元された結晶は、還元に基づいた多数の特徴的な特性を示す。
【００２７】
還元は、ＬＮまたはＬＴの結晶の光学的な特性を変化させる。還元しない場合、結晶は可視光で透明である。還元の度合いが増大すると共に、結晶は次第に不透明で暗くなる。これは、還元された結晶中で光伝送が低減するということである。特定の理論に拘束されることなく、光伝送における低減は、約２．４８ｅＶに中心を有する吸収バンドの出現に基づいていることが考えられる（Ｈ．Ｊｈａｎｓ等、Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃ．：Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｐｈｙｓ．、第１９巻（１９８６）、第３６４９〜３６５８頁、引用することによってここに取り入れる）。
【００２８】
光学的特性における変化は、結晶の電気的な特性における変化を伴う。還元の度合いが増大すると共に、結晶中の電導性は増大し、かつ結晶中の電気的な変化は結晶の表面上の電荷を相殺することができる。従って表面電荷は結晶の還元の度合いが増大すると共により迅速に減衰する。適切に還元された結晶では、表面電荷は結晶の表面上の電荷の不所望の形成を防止する速度で減衰する。
【００２９】
結晶の還元の度合いは、結晶を加熱する加工温度および加熱の時間に依存する。一般に加工温度が高く、かつ加熱時間が長いほど、還元の度合いは大きい。さらに、還元の度合いは、結晶および活性な化学物質の特性によっても影響を受ける。加熱のために適切な時間および温度の選択は、図４および第１表を参照しながら以下の記載で詳細に論じる。
【００３０】
結晶を活性化の時間にわたって活性化温度より高い温度に維持した後、結晶は急冷温度より低い温度に冷却される（工程１３０）。急冷温度より低い温度で、還元または酸化が関与する化学反応である酸化還元反応は、実質的に通常の雰囲気では不活性になる。
【００３１】
図２のＡ〜Ｃは、活性な化学物質を含む凝縮された材料により被覆された１もしくは複数の表面を有する結晶２１０、２２０、２３０および２４０の例を示している。結晶２１０、２２０、２３０または２４０は、ＬＮまたはＬＴの結晶であっても、全ての成長した結晶またはウェハであってもよい。
【００３２】
図２のＡでは、結晶２１０は、それぞれ第一のフィルム２１３および第二のフィルム２１６により被覆された２つの表面を有している。図１を参照しながら上記で議論したように、第一のフィルム２１３および第二のフィルム２１６は、浸漬被覆、スピンコーティングまたは物理蒸着、たとえばスパッタリングまたは蒸発により結晶の表面上に堆積することができる。
【００３３】
図２のＢでは、結晶２２０および２３０は互いに向かい合っている。２つの結晶の間に、凝縮された材料２２５、たとえば粉末または固体のディスクが、それぞれの結晶２２０および２３０が凝縮された材料２２５により被覆された少なくとも１つの表面を有するように並列されている。あるいは、凝縮された材料２２５は、結晶２２０および２３０の１つの上に堆積し、かつ他方の結晶が、凝縮された材料２２５と接触するように配置されていてもよい。
【００３４】
図２のＣでは、結晶２４０は、凝縮された材料２４５により被覆された表面を１つ有する。凝縮された材料２４５は、浸漬被覆、スピンコーティング、物理蒸着またはその他の技術により結晶の表面上に堆積することができる。あるいは、凝縮された材料２４５は、粉末またはその他の固体材料を含んでいてよい。
【００３５】
凝縮された材料２１３、２１６、２２５および２４５は、活性な化学物質を含有する。活性な化学物質は、たとえばＬＮまたはＬＴの結晶を還元する反応に関与するか、または促進することに貢献する。１実施態様では、活性な化学物質は、化学反応において一般に酸化される（つまり電子を失う）材料である還元剤を含む。還元剤の例は、第１表を参照して以下に論じられているＬＴ結晶を効果的に還元する水素化物、たとえば水素化リチウム（ＬｉＨ）または水素化カルシウム（ＣａＨ2）を含む。その他の水素化物、たとえば水素化アルミニウム（ＡｌＨ3）または水素化リチウムアルミニウム（ＬｉＡｌＨ4）を、ＬＮまたはＬＴの結晶を還元するために使用することができる。
【００３６】
代替的な実施態様では、活性な化学物質は、炭酸塩、たとえば炭酸リチウム（Ｌｉ2ＣＯ3）、炭酸カリウム（Ｋ2ＣＯ3）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ3）および炭酸マグネシウム（ＭｇＣＯ3）を含有していてよい。活性な化学物質は、重炭酸塩、たとえば重炭酸ナトリウム（ＮａＨＣＯ3）を含んでいてもよい。種々の活性な化学物質の還元容量は、第１表を参照しながら以下に議論する。凝縮された材料は、種々の活性な化学物質の組み合わせを含んでいてよい。
【００３７】
凝縮された材料のために適切な活性な化学物質は、化学物質の還元能力またはその他の特性に基づいて選択することができる。たとえば化学物質は、簡単なプロセス技術を可能にするか、または結晶の表面との均一な接触をもたらす物理的な特性に基づいて選択することができる。さらに、有利な化学物質は、非毒性であるか、または加工温度で分解しない化学物質を含んでいてよい。
【００３８】
図３は、ＬＮまたはＬＴの結晶をプリコンディショニングするシステム３００を示している。該システム３００は、炉３１０および炉３１０を制御する制御装置３２０を有する。炉３１０は、複数のＬＮまたはＬＴの結晶３３０を収容することができる。結晶３３０はそれぞれ、図２を参照して議論されるように、凝縮された材料３４０により被覆される表面を有している。凝縮された材料３４０は、結晶３３０の還元に貢献する活性な化学物質を含む。
【００３９】
炉３１０は、加熱装置／冷却装置部材３１２、雰囲気調節装置３１４、および１もしくは複数のセンサ３１６を有する。加熱装置／冷却装置部材３１２は、結晶３３０を加熱または冷却するために使用することができる。雰囲気調節装置３１４は、炉３１０内の雰囲気を設定し、その特性を維持するために使用することができる。１実施態様では、雰囲気調節装置３１４は、炉３１０内の非酸化性雰囲気を設定し、かつ維持することができる。たとえば雰囲気調節装置３１４は、存在する気体混合物により整定速度で炉内の雰囲気を交換することができる。非酸化性雰囲気は、還元性雰囲気、たとえば不活性ガスおよび水素ガスを含有する気体混合物、または不活性ガス、たとえばアルゴンまたは窒素のみを含有する不活性雰囲気であってよい。１もしくは複数のセンサ３１６は、炉３１０内の雰囲気の温度および／または化学的特性を検出することができる。センサ３１６は、検出される温度および化学的特性を制御装置３２０に伝達する。
【００４０】
結晶３３０をプリコンディショニングしている間に、制御装置３２０は炉３１０の運転を制御する。制御装置３２０は、加熱装置／冷却装置部材３１２を制御するか、または雰囲気制御装置３１４を制御するか、または両者を制御することができる。ユーザーの入力またはセンサ３１６により検出される特性に基づいて、制御装置は、結晶３３０の還元の間の適切な雰囲気または加熱および冷却のための計画を設定することができる。代替的な実施態様では、炉は、制御装置を使用せずに手動で制御することができる。
【００４１】
図４は、システム３００（図３）を使用した結晶のプリコンディショニングのための加熱／冷却配合グラフ４００の例を示している。該結晶は、１もしくは複数の活性な化学物質を含む凝縮された材料により被覆されている。グラフ４００は、時間の関数として結晶の温度を示している。グラフ４００は、方法１００（図１）の加熱および冷却工程の間に使用することができる加熱／冷却配合を規定する。
【００４２】
配合グラフ４００は、加熱部分４１０、活性化された部分４２０、および冷却部分４３０を規定する。部分４１０を加熱している間に、結晶の温度は、活性化温度（「Ｔ  活性化」）より低い温度から、ほぼ一定の速度で活性化温度より高い温度に上昇する。一般に、温度上昇の速度は、毎分約５℃〜毎分約１０℃である。あるいは、温度はこれよりゆっくり、または早く上昇してもよいし、速度が変化してもよく、これによりプリコンディショニングの結果はほとんど影響を受けることはない。
【００４３】
活性化された部分４２０では、結晶の温度は、活性化温度よりも高い温度に維持され、その際、凝縮された化学物質は、活性化され、かつたとえば活性化された化学物質により被覆された表面の下の結晶を化学的に還元することに関与することに貢献する。活性化温度は、活性な化学物質に依存してもよい。たとえば活性化温度は、水素化リチウムを含む活性な化学物質に関しては２５０℃より低く、かつ水素化カルシウムを含有する活性な化学物質に関しては約４００℃である。
【００４４】
活性化された部分４２０の多くでは、結晶の温度は加工温度（「Ｔ  加工」）に維持される。加工温度は、結晶の強誘電性の転移温度（「Ｔ  キュリー」）より低い温度に選択することができる。たとえば結晶が分極している場合、加工温度は強誘電性の転移温度よりも低い温度で十分であるため、結晶は還元に基づいた新たな分極処理を必要としない。特にＬＴ結晶は、約６００℃の転移温度を有する。分極したＬＴ結晶は、活性化温度が６００℃よりはるかに低い水素化リチウムまたは水素化カルシウムのような化学物質を使用して効果的に還元することができる。あるいは、加工温度は転移温度より高くてもよく、かつ結晶は還元の間または還元後に分極することができる。
【００４５】
活性化された部分４２０では、活性化時間（「ｔ  ａ」）にわたって温度を活性化温度より高く維持する。一般に、活性化時間は数時間の範囲である。任意の加工温度に関して、活性化時間は所望の結晶の還元の度合いを達成するために選択することができる。還元の度合いは、還元された結晶の光伝送または伝導率を測定することにより監視することができる。あるいは、最適な活性化時間は、異なった活性化時間に関して還元の度合いと比較することにより推定することができる。あるいは活性化時間は固定された時間、たとえば５時間を特定することができ、かつ最適な加工温度を所望の還元の度合いを達成するために選択することができる。最適な活性化時間または加工温度もまた、結晶を被覆している活性な化学物質に依存する。
【００４６】
冷却部分４３０では、温度を活性化温度より高い温度から急冷温度（「Ｔ  急冷」）より低い温度に下げる。ＬＮおよびＬＴの結晶に関して、急冷温度は約１００℃である。１実施態様では、冷却時間（「ｔ  ｑ」）は、活性化時間よりもはるかに短い。あるいは、冷却時間は活性化時間に匹敵するか、または活性化時間よりも長い。急冷温度より低い温度で、結晶は、酸化雰囲気である通常の雰囲気では還元または酸化はされない。従って結晶は還元の効果を変えることなく炉から安全に取り出すことができる。あるいは、結晶が急冷温度より低い温度に冷却される前に、通常の雰囲気を炉中に導入することができる。若干の酸化還元が通常の雰囲気で行われるとしても、結晶は迅速に急冷温度より低い温度に冷却される場合には、なお還元されたままである。
【００４７】
第１表は、凝縮された活性な化学物質を使用してＬＴ結晶に対して実施した一連の実験を示している。これらの実験では、活性な化学物質を含むフィルムによりＬＴウェハを被覆した。フィルムは相応する活性な化学物質の堆積を使用してウェハ上に堆積した。被覆されたウェハは、Ｈ2  ３．５％およびＮ2  ９６．５％を含有する雰囲気中で２５０℃〜５８０℃の加工温度に加熱される。約５〜６時間の相応する加工時間に加熱した後で、ＬＴウェハを室温に冷却し、かつこれらの光伝送および抵抗率を測定した。
【００４８】
還元をしない場合、ＬＴウェハは透明であり、かつ還元の度合いが増大すると共に次第に暗くなる。従って一般に、光の透過率が低いほど、ＬＴウェハは還元の度合いが高い。しかし光の透過率はＬＴウェハ全体の還元の空間的な不均一性によっても影響を受ける。このような不均一性は、少量に関してはそれほど効果はないが、ウェハの表面上で凝縮された化学物質を使用して還元した後に、大量、たとえばウエハの厚さ全体が考慮される場合には、一層顕著になる。一般にウェハは、凝縮された化学物質により被覆された表面の近くで最も還元され、かつ表面から離れた内部の還元の度合いは低い。従って浅い還元によってウェハの内部を還元することなく、小さい光の透過率を有する暗いウェハを製造することができる。実際の還元の特性は、還元法の詳細に依存する。たとえば浅い還元は、低い加工温度の結果であり得る。第１表では、還元されていない結晶の光の透過率と比較したパーセンテージで光の透過率が示されており、これはこれらの単位の１００％の透過率を有する。
【００４９】
抵抗をウェハ全体にわたり暗所にて室温で測定した。光の透過率に関する方法とは異なった方法であるが、抵抗率はウェハ全体の還元の空間的な不均一性によっても影響を受ける。光の透過率は一般に、ウェハの最も還元された部分（表面の近く）により決定される一方で、抵抗率は一般に、最も還元の度合いが低い部分（内部）により決定される。ウェハ全体の還元の特性の違いに基づいて、光の透過率および抵抗率は、第１表のその他の試料と比較すると、特定の試料に関しては必ずしも同じ量の還元を示しているとは限らない。
【００５０】
さらにＬＴ結晶の抵抗率は、周波数に著しく依存し、かつ第１表は、１ｍＨｚ（ミリヘルツ）の周波数に関する抵抗率の値を特定している。このような周波数の値は一般に、数時間で生じる表面荷電効果と関連している。還元された試料に関して、抵抗率の値が約５×１０14Ωｃｍより低い場合には、不所望の荷電効果の低減が観察され、かつ抵抗率の値が約３×１０14Ωｃｍより低い場合には、たとえば約１×１０14Ωｃｍより低い場合には、荷電効果は実質的に低減する。プリコンディショニングしたウェハは、抵抗率の値が、約０．５×１０14Ωｃｍより低い場合には、実質的に不所望の荷電効果を有していない。
【００５１】
第１表により記載されているように、光の透過率および抵抗率は、ＬＴウェハの効果的な還元を示している。ＬＴウェハの光の透過率および抵抗率は、表に記載されている活性な化学物質のそれぞれに関して、還元されていないウェハと比較して低減した。従って、これらの活性な化学物質はそれぞれがＬＴウェハの化学的な還元に貢献することができる。活性な化学物質のいくつかに関して、ＬＴウェハは、ＬＴの強誘電性の転移温度、つまり約６００℃よりはるかに低い加工温度で効果的に還元された。たとえばＬＴウェハは、ＬｉＨを使用して約２５０℃で、またはＣａＨ2を使用して約４００℃で効果的に還元された。
【００５２】
【表１】
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【００５３】
Ｌｉ2ＣＯ3に関する実験の例を以下に詳細に記載する。分散液（スラリー）を使用して、Ｌｉ2ＣＯ3を含有するフィルムをＬＴウェハ上に堆積させた。分散液を製造するために、純度９９．９９％の炭酸リチウム粉末を、３２５メッシュサイズのふるいにより分級した。液状のマトリックスそのつど５ｍｌに、炭酸リチウム粉末１．０グラムを添加することにより分散液を製造した。液状のマトリックスは、水１０ｍｌに対してＳＤＳ１グラムの比を使用して製造した、水中のｎ−ドデシル硫酸ナトリウム（ＳＤＳ）の溶液であった。ＳＤＳの添加により、分散液の粘度は上昇し、懸濁した炭酸リチウムの不所望の沈殿の速度は低下し、かつウェハ表面の濡れが改善される。
【００５４】
ＬＴウェハを切断し、エッジに丸み付けを行い、ラッピングおよびエッチングを２８℃で１００分間、ＨＦ溶液中で行い、次いでフィルムを沈殿させた。ＬＴウェハを、通常、半導体の製造のために使用されるスピンコーティング装置のチャックの上に配置した。スラリー約４ｍｌを４００ｒｐｍのスピン速度で計量分配した。次いでスピン速度を２０００ｒｐｍの速度に上昇させ、スラリーの計量分配を均一に行った。この手順によりウェハ表面を室温またはわずかに高めた温度で適切な時間枠内で乾燥させた。このようにして、表面上の化学物質の再分散の危険なしに、ウェハをさらに加工することができた。被覆したウェハを、半導体加工において通常使用される石英の加工ボート中に設置し、かつ該石英ボートを水平な管状還元炉に設置した。炉中への設置を室温で手動により行ったが、設置工程は、容易に自動化することができ、かつ炉を加工温度に予熱することができる。
【００５５】
ウェハを設置した後で、プロセスガスを０．７５ｌ／分の流速で炉中に導入した。プロセスガスは、Ｈ2を３．５％およびＮ2を９６．５％含有していた。５Ｋ／分の速度で炉を５６０℃に加熱し、かつこの温度を６時間維持した。次いで炉を停止し、冷却させた。電源を切った後、６〜８時間で、炉心の温度は８０℃より低い温度に低下した。次いでプロセスガスを停止し、炉を開けてウェハを取り出した。加工したウェハは灰色を呈し、かつ内部の導電率は増大していた。ウェハをすすぎ、軽くラッピングおよびポリッシングした。このようにプリコンディショニングしたウェハは、プロセスに誘発される荷電効果を示すことなく、ＳＡＷフィルタを製造するために首尾よく使用された。
【００５６】
特定の理論に拘束されることなく、本発明は活性な化学物質（上記の例ではＬｉ2ＣＯ3）が、ＬＴ基板と、雰囲気中の気体状の水素との間の反応を媒介することを示唆している。この示唆に従って、還元とは、周囲の水素と炭酸塩との間の反応を包含し、かつ活性な水素化物中間体（ＬｉＨ）のインサイチューの生成をもたらす：
Ｌｉ2ＣＯ3（凝縮）＋２Ｈ2（気体）→Ｈ2Ｏ（気体）＋ＣＯ2（気体）＋２ＬｉＨ
次いでインサイチューで生成した水素化物は、その後の反応においてＬＴ基板を還元する。または代替的に、付加的な化学反応はＬＴ基板の還元にも貢献する。
【００５７】
本発明を特定の実施態様に基づいて詳細に説明した。その他の実施態様は、後続する請求項の範囲である。たとえば本発明の工程は、異なった順序で行うことができ、かつ所望の結果はなお達成される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】ＬＮおよびＬＴ結晶をプリコンディショニングする方法を示すフローチャートの図
【図２】凝縮された材料により被覆された例を示す図
【図３】ＬＮおよびＬＴの結晶をプリコンディショニングするシステムを示す図
【図４】ＬＮおよびＬＴの結晶をプリコンディショニングする間の温度変化を示すグラフの図
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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