(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｌａ２ Ｏ３ 、Ｇａ２ Ｏ３ 及びＳｉＯ２ をルツボ内で融解させた融液からＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ1４ の単結晶インゴットを繰り返し引き上げ育成するランガサイト単結晶の製造方法であって、
次の引き上げ育成を行う前に前記ルツボ内にＬａ２ Ｏ３ 、Ｇａ２ Ｏ３ 及びＳｉＯ２ を追加供給するリチャージ工程を有し、
該リチャージ工程は、直前に引き上げ育成した前記単結晶インゴットの長さ方向の上部、中部及び下部の少なくとも３つの位置から切り出されたウェーハの音速特性を測定し、予め求めておいた音速特性とＧａ組成比との相関及び単結晶インゴットの長さ方向位置とＧａ組成比との相関に基づいて、ウェーハのＧａ組成比と単結晶インゴット全体のＧａ２ Ｏ３ 量と残存する前記融液の原料組成とを求めるとともに、前記融液から揮発したＧａ２ Ｏ３ の飛散量を測定し、該飛散量と前記測定した音速特性とからＧａ２ Ｏ３ 又はＧａの追加量を決定し、求めた残存融液の原料組成に基づいて、一致溶融に必要なＧａ２ Ｏ３ の不足分を補って残存融液中に原料をリチャージすることを特徴とするランガサイト単結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のランガサイト単結晶の製造方法において、
前記融液から揮発したＧａ２ Ｏ３ の飛散量を、炉内に設けた膜厚センサにより求めることを特徴とするランガサイト単結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＳＡＷデバイス等に好適なランガサイト単結晶の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14（Langasite:ランガサイトと称す）単結晶は、温度による弾性波伝搬速度、周波数の変化率が小さく、圧電性の大小を表す電気機械結合係数（電気エネルギーと機械エネルギーの相互変換効率を示す係数）が大きいことから、表面弾性波（Surface Acoustic Wave:ＳＡＷ）フィルタ等の圧電デバイス用の基板材料として研究が行われている（例えば、H.Takeda,K.Shimamura,V.I.Chani,T.Fukuda,Effect of starting melt composition on crystal growth of La3Ga5SiO14,J.Crystal Growth 197(1999)204.等）。
【０００３】
すなわち、このランガサイト単結晶は、水晶と同等の温度特性を持ち、しかも電気機械結合係数が水晶の約３倍あり、携帯電話等に多用されているＳＡＷフィルタの広帯域化と小型化を図ることが可能になる。例えば、特開平１０−１２６２０９号公報等にランガサイト単結晶を用いた表面弾性波デバイスが記載されている。
【０００４】
このランガサイト単結晶を育成するには、化学量論比の組成に基づいた原料ペレットを融解してルツボ内で融液とし、該融液から単結晶インゴットをＣＺ法（チョクラルスキー法）により引き上げ育成している。
従来、１回の単結晶育成後にルツボ内に融液が大量に残るので、原料を無駄にしないためにも、残存する融液に原料を追加供給（以下、リチャージともいう）して再び育成を行っている。このようにして、得られた単結晶インゴットからウェーハを切り出して、該ウェーハ上にＳＡＷデバイスを作製している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のランガサイト単結晶の製造方法には、以下の課題が残されている。すなわち、ランガサイトの単結晶を育成している間に、ＧａＯが融液中から揮発するため、最初にランガサイトの原料組成を一致溶融組成に合わせたとしても、繰り返しの育成によって融液中の組成にずれが生じてしまう。このため、結晶育成後、その育成後のルツボに原料をリチャージして育成を再び行う場合、Ｇａの大幅な組成ずれを引き起こすので、リチャージ後に育成したインゴットは、下部になるほどＧａの組成比が少なくなり、Ｓｉが増加する傾向がある。これは、結晶中のＧａ元素とＳｉ元素とのサイト置換が起こっているためと考えられる。その結果、このインゴットから切り出されたウェーハの音速を測定すると、インゴットの下部ほど音速が速くなる傾向が現れて、ＳＡＷデバイスの歩留まりが悪化する不都合があった。
【０００６】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、原料のリチャージを行っても、均一な組成の単結晶インゴットを得ることができるランガサイト単結晶の製造方法を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】
本発明のランガサイト単結晶の製造方法は、Ｌａ２ Ｏ３ 、Ｇａ２ Ｏ３ 及びＳｉＯ２ をルツボ内で融解させた融液からＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ1４ の単結晶インゴットを繰り返し引き上げ育成するランガサイト単結晶の製造方法であって、
次の引き上げ育成を行う前に前記ルツボ内にＬａ２ Ｏ３ 、Ｇａ２ Ｏ３ 及びＳｉＯ２ を追加供給するリチャージ工程を有し、
該リチャージ工程は、直前に引き上げ育成した前記単結晶インゴットの長さ方向の上部、中部及び下部の少なくとも３つの位置から切り出されたウェーハの音速特性を測定し、予め求めておいた音速特性とＧａ組成比との相関及び単結晶インゴットの長さ方向位置とＧａ組成比との相関に基づいて、ウェーハのＧａ組成比と単結晶インゴット全体のＧａ２ Ｏ３ 量と残存する前記融液の原料組成とを求めるとともに、前記融液から揮発したＧａ２ Ｏ３ の飛散量を測定し、該飛散量と前記測定した音速特性とからＧａ２ Ｏ３ 又はＧａの追加量を決定し、求めた残存融液の原料組成に基づいて、一致溶融に必要なＧａ２ Ｏ３ の不足分を補って残存融液中に原料をリチャージすることを特徴とする。
本発明は、前記融液から揮発したＧａ２ Ｏ３ の飛散量を、炉内に設けた膜厚センサにより求めることができる。
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。
すなわち、本発明のランガサイト単結晶の製造方法は、Ｌａ２ Ｏ３ 、Ｇａ２ Ｏ３ 及びＳｉＯ２ をルツボ内で融解させた融液からＬａ３ Ｇａ５ ＳｉＯ1４ の単結晶インゴットを繰り返し引き上げ育成するランガサイト単結晶の製造方法であって、次の引き上げ育成を行う前に前記ルツボ内にＬａ２ Ｏ３ 、Ｇａ２ Ｏ３ 及びＳｉＯ２ を追加供給するリチャージ工程を有し、該リチャージ工程は、直前に引き上げ育成した前記単結晶インゴットの長さ方向の定位置から切り出されたウェーハの音速特性を測定し、予め求めておいた音速特性とＧａ組成比との相関及び単結晶インゴットの長さ方向位置とＧａ組成比との相関に基づいて、ウェーハのＧａ組成比と単結晶インゴット全体のＧａ２ Ｏ３ 量と残存する前記融液の原料組成とを求め、Ｇａ２ Ｏ３ 又はＧａの追加量を決定することを特徴とする。
【０００８】
このランガサイト単結晶の製造方法では、リチャージ工程において、直前に引き上げ育成した単結晶インゴットの長さ方向の定位置から切り出されたウェーハの音速特性を測定することにより、予め求めておいた音速特性とＧａ組成比との相関から、ウェーハのＧａ組成比を求めることができる。そして、ウェーハのＧａ組成比が求まれば、予め求めておいた単結晶インゴットの長さ方向位置とＧａ組成比との相関から、単結晶インゴット全体のＧａ2Ｏ3量が求まり、さらには残存する融液の原料組成を求めることができる。このように求めた残存融液の原料組成に基づいて、追加すべきＧａ2Ｏ3又はＧａの量を決定すれば、残存融液の原料組成を直接測定しなくても、リチャージ後も均一な組成の単結晶インゴットを育成することができる。
【０００９】
また、本発明のランガサイト単結晶の製造方法は、前記ウェーハを前記単結晶インゴットの上部、中部及び下部の少なくとも３つの位置から切り出して前記測定を行うことが好ましい。すなわち、このランガサイト単結晶の製造方法では、ウェーハを単結晶インゴットの上部、中部及び下部の少なくとも３つの位置から切り出して測定を行うので、インゴットの一個所のウェーハのみの測定結果から求める場合よりも、より高精度に追加量を求めることができる。特に、インゴット内の組成比が長さ方向でリニアに変化していない場合等に有効である。
【００１０】
また、本発明のランガサイト単結晶の製造方法は、前記融液から揮発したＧａ2Ｏ3の飛散量を測定し、該飛散量と前記測定した音速特性とから前記追加量を決定することが好ましい。すなわち、このランガサイト単結晶の製造方法では、融液から揮発したＧａ2Ｏ3の飛散量を測定し、該飛散量と測定した音速特性とから追加量を決定することにより、インゴットから得られた情報だけでなく、飛散量をも考慮することで、さらに高精度に追加量を求めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るランガサイト単結晶の製造方法の一実施形態を、図１から図３を参照しながら説明する。
【００１２】
本実施形態のランガサイト単結晶の製造方法は、図１に示すように、高周波加熱育成炉を用い、Ｌａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＳｉＯ2の各原料をルツボ１内で融解させた融液ＬからＬａ3Ｇａ5ＳｉＯ14の単結晶インゴットＣを繰り返し引き上げ育成する方法である。
【００１３】
まず、最初に、Ｌａ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3及びＳｉＯ2の各原料を一致溶融組成になるように秤量し、振動攪拌機で混合させてペレット状に成形したものを電気炉で焼成したものをイリジウム製のルツボ１内に入れ、高周波ワークコイル２等により加熱して溶融し、所定温度の融液Ｌとする。
なお、ルツボ１の外側と上方には、アルミナ系又はジルコニア系の断熱材３が設けられ、ホットゾーンを形成している。また、ルツボ１底部には、熱電対４が設置されている。
【００１４】
次に、種結晶Ｓを引き上げ軸５に固定し、所定の回転数と引き上げ速度で融液Ｌからランガサイト（Ｌａ3Ｇａ5ＳｉＯ14）の最初の単結晶インゴットＣを引き上げ育成する。この際、引き上げ軸５につながる重量センサ６で検出した結晶の重量変化信号により、単結晶インゴットＣの自動直径制御を行う。また、同時に、ルツボ１上方の断熱材３の内壁に設置した膜厚センサ７により、融液Ｌから揮発したＧａ2Ｏ3の飛散量を測定する。
【００１５】
次に、図２に示すように、育成した単結晶インゴットＣの上部、中部及び下部から、所定の結晶面でサンプリング用のウェーハＡ，Ｂ，Ｃをそれぞれ切り出す。さらに、これらのウェーハの表面に、図３に示すように、励振電極（すだれ電極（櫛歯電極））８を形成してＳＡＷフィルタ（表面弾性波デバイス）９を作製する。
【００１６】
このＳＡＷフィルタ９の音速特性を測定し、予め求めておいた音速特性と原料組成、特にＧａ組成比との相関から検量線を作成しておき、該検量線から、上記各ウェーハの各成分元素の量、特にＧａ組成比を求める。なお、検量線を作成する際に、ウェーハの原料組成は湿式分析や蛍光Ｘ線分析等により測定する。
そして、求めたウェーハのＧａ組成比により、予め求めておいた単結晶インゴットの長さ方向位置とＧａ組成比との相関から、単結晶インゴットＣ全体のＧａ2Ｏ3量を求める。すなわち、予め単結晶インゴットの長さ方向におけるＧａ組成比分布を調べておき、上記ウェーハの切り出し位置と求めたＧａ組成比との関係から、単結晶インゴットＣ全体のＧａ2Ｏ3量を求めることができる。
【００１７】
さらに、単結晶インゴットＣ全体のＧａ2Ｏ3量から残存する融液Ｌの原料組成（各成分元素の量）を求める。この際、膜厚センサ７により求めた融液Ｌから揮発したＧａ2Ｏ3の飛散量を考慮することにより、より正確な融液Ｌの原料組成を見積もることができる。すなわち、育成前の融液Ｌ中のＧａ2Ｏ3量から単結晶インゴットＣ全体のＧａ2Ｏ3量と上記Ｇａ2Ｏ3の飛散量とを差し引いた値が残存融液Ｌ中のＧａ2Ｏ3量となる。
【００１８】
次に、２回目の単結晶インゴットＣを引き上げ育成するために、上記のように求めた残存融液Ｌの原料組成に基づいて、一致溶融に必要なＧａ2Ｏ3の不足分を補って残存融液Ｌ中に原料をリチャージする。すなわち、Ｇａ2Ｏ3の追加量を求め、この追加量を補充したＧａ2Ｏ3又はＧａメタルをランガサイト原料と共にリチャージして、２回目の育成を行う。このように３回目以降の育成も同様に、前回の育成で得た単結晶インゴットＣから切り出したサンプリング用ウェーハの音速測定とＧａ2Ｏ3飛散量とから残存融液Ｌ中の原料組成を見積もって、Ｇａ2Ｏ3又はＧａメタルを原料に補充する。
【００１９】
このように本実施形態では、上記方法で求めた残存融液Ｌの原料組成に基づいて、追加すべきＧａ2Ｏ3又はＧａの量を決定すれば、残存融液Ｌの原料組成を直接測定しなくても、リチャージ後も均一な組成の単結晶インゴットＣを育成することができる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明に係るランガサイト単結晶の製造方法を、実施例により図４を参照して具体的に説明する。
【００２１】
上記本実施形態の製造方法において、リチャージを２回行って３回の育成を実際に行った場合の音速測定結果、Ｇａ2Ｏ3飛散量及びＧａ2Ｏ3添加量を、図４の表に示す。なお、Ｇａ2Ｏ3飛散量及びＧａ2Ｏ3添加量（追加量）は、投入原料の全質量が１６ｋｇの場合に対する値である。
この結果からわかるように、１〜３回目までの育成した単結晶インゴットの音速分布は、リチャージ後もインゴットの上部、中部及び下部のいずれの位置でＳＡＷデバイスを作製する場合に支障のない程であり、も同様の値が得られ、Ｇａ2Ｏ3の揮発による特性変化が十分に抑制されている。
【００２２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、以下の効果を奏する。すなわち、本発明のランガサイト単結晶の製造方法によれば、リチャージ工程において、直前に引き上げ育成した単結晶インゴットの長さ方向の定位置から切り出されたウェーハの音速特性を測定し、予め求めておいた音速特性とＧａ組成比との相関及び単結晶インゴットの長さ方向位置とＧａ組成比との相関に基づいて、ウェーハのＧａ組成比と単結晶インゴット全体のＧａ2Ｏ3量と残存する融液の原料組成とを求め、Ｇａ2Ｏ3又はＧａの追加量を決定するので、残存融液の原料組成を直接測定しなくても高精度に組成を見積もることができ、リチャージ後も均一な組成の単結晶インゴットを育成することができる。したがって、リチャージ後の繰り返しの育成でも、ウェーハ歩留まりが良好で均一なランガサイト単結晶が得られると共に、該ランガサイト単結晶から高歩留まりにＳＡＷデバイスを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る一実施形態において、ランガサイト単結晶の高周波加熱育成炉を示す概略的な断面図である。
【図２】  本発明に係る一実施形態において、単結晶インゴットからのサンプリング用ウェーハの切り出し位置を示す正面図である。
【図３】  本発明に係る一実施形態において、サンプリング用ウェーハに形成したＳＡＷデバイスを示す斜視図である。
【図４】  本発明に係る実施例において、リチャージを２回行った際の１〜３回目までの音速測定結果、Ｇａ2Ｏ3飛散量及びＧａ2Ｏ3添加量を示す表である。
【符号の説明】
１  ルツボ
７  膜厚センサ
９  ＳＡＷ（表面弾性波）デバイス
Ｃ  ランガサイト単結晶
Ｌ  融液
Ｓ  種結晶
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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