(57)【要約】【課題】従来法において困難であった高濃度のロジウム（Ｒｈ）がドープされたタンタル酸リチウム基板を低コストで容易に製造できる方法を提供すること。【解決手段】このタンタル酸リチウム基板の製造方法は、基板１の状態に加工されたタンタル酸リチウム単結晶を、Ｒｈ板またはＰｔ−Ｒｈ合金板２と接触させ、８００℃以上、タンタル酸リチウム単結晶の融点未満の温度条件で３時間以上５０時間以下熱処理することを特徴とする。尚、熱処理雰囲気は、大気、真空、不活性ガス、還元性ガスの何れでもよく任意である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｒｈ（ロジウム）がドープされたタンタル酸リチウム基板の製造方法において、
基板の状態に加工されたタンタル酸リチウム単結晶を、Ｒｈ板またはＰｔ−Ｒｈ合金板と接触させ、８００℃以上、タンタル酸リチウム単結晶の融点未満の温度条件で、３時間以上５０時間以下熱処理することを特徴とするタンタル酸リチウム基板の製造方法。
【請求項２】
上記Ｐｔ−Ｒｈ合金板中のＲｈ組成が２０〜４０重量％であることを特徴とする請求項１に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法。
【請求項３】
上記熱処理の雰囲気が、大気であることを特徴とする請求項１または２に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法。
【請求項４】
上記熱処理の雰囲気が、真空、還元性ガスまたは不活性ガスであることを特徴とする請求項１または２に記載のタンタル酸リチウム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイス用基板等に用いられるタンタル酸リチウム基板の製造方法に係り、特に、Ｒｈ（ロジウム）がドープされたタンタル酸リチウム基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板は、携帯電話やテレビ等に搭載されているＳＡＷデバイス用基板として主に用いられている。
【０００３】
近年、携帯電話の高周波化に伴い、送受信波の分離機能を持ち、携帯電話のアンテナ部に用いられるデュプレクサにおいては、送信波と受信波の周波数が近接してきている。また、上記デュプレクサとしては、従来、誘電体フィルタが用いられていたが、部品小型化の要請から、現在は送信波を透過させるＳＡＷフィルタと受信波を透過させるＳＡＷフィルタを組み合わせたＳＡＷデバイスが用いられている。ここで、ＳＡＷフィルタの中心周波数ｆは、表面弾性波の音速（伝搬速度）をｖ、電極の間隔をＬとすると、ｆ＝ｖ／Ｌで表される。そして、音速（伝搬速度）、電極間隔は温度に依存するため、温度変化があると中心周波数ｆのシフトが起る。この温度による周波数シフトのため、例えば、送信波用フィルタの透過周波数帯が受信波の波長域に掛かってしまう等、Ｓ／Ｎを大きく低下させる問題の発生が指摘されている。従って、音速（伝搬速度）の温度依存性がより小さいＬＴ基板が必要とされている。
【０００４】
ところで、基板の状態に加工されてＬＴ基板として利用されるＬＴ単結晶は、一般的に引上げ法（チョコラルスキー法：Ｃｚ法）を用いて育成されている。Ｃｚ法は、坩堝内の原料融液に種結晶を接触させ、種結晶を回転させながらゆっくりと上昇させることにより種結晶と同一方位の単結晶を得る方法である。そして、用いられる坩堝の材質は、育成温度と雰囲気、原料融液との反応性等を考慮して選定されるが、ＬＴ単結晶の育成の場合はイリジウム（Ｉｒ）製が一般的である。ＬＴ単結晶の育成後、冷却され炉から取り出された結晶は、冷却中における結晶内の温度分布に起因した熱応力による残留歪を取り除くため、融点に近い均熱下でアニール処理が施され、更に、結晶全体を単一分極とするため、電圧印加の下で熱処理（ポーリング処理）が施される。そして、ポーリング処理後の結晶は、外周研削、スライス、ラップ、ポリッシュ等の工程を経て製品基板となる。
【０００５】
このようにして得られるＬＴ基板において、上記音速（伝搬速度）の温度依存性を抑制する方法として、従来、結晶育成時にロジウム（Ｒｈ）を２００〜５００ｐｐｍの範囲でドープさせたＲｈドープ基板が報告されている（特許文献１参照）。しかし、特許文献１に記載された方法でＲｈドープのＬＴ基板を製造する場合、現在ではイリジウム（Ｉｒ）の３倍以上の価格となった白金（Ｐｔ）と、Ｉｒの１５倍以上の価格となったロジウム（Ｒｈ）との合金から成る高価な坩堝を用いる必要があり、非常に製造コストが掛かる問題が存在した。加えて、育成結晶中にドープされるＲｈの濃度制御が、育成結晶間で困難であることや、１runの結晶成長においても、結晶成長の進行に伴うＲｈの偏析により結晶内にＲｈ濃度の不均一性を生じさせる問題が存在した。
【０００６】
これ等の問題を解決する方法として、特許文献２には、育成雰囲気を還元性若しくは不活性ガス雰囲気とし、坩堝材からのＲｈの溶解量を抑制する方法が記載されている。しかし、特許文献２の方法を用いた場合、特許文献１に記載の方法と較べ、結晶中に取り込まれるＲｈの濃度が１／１０程度になってしまい、ＲｈドープによるＬＴ基板の温度特性改善効果が不十分となる。加えて、育成結晶中に大量の酸素空孔が生ずるため、育成結晶が黒化し、結晶内に潜熱がこもり易くなって結晶のねじれや曲がり等が発生してしまい、結晶育成の収率が著しく低下してしまう問題があった。
【０００７】
このような技術的背景の下、本発明者は、Ｉｒ製坩堝を適用し、かつ、初期の原料チャージ時にロジウム（Ｒｈ）を添加してＲｈがドープされたＬＴ単結晶の育成を試みた。しかし、温度特性が改善される十分な濃度のＲｈを結晶中に取り込ませるには、育成雰囲気中における酸素濃度を２０％以上にしなければならず、酸化による坩堝材の劣化が激しくなって実用的でなかった。尚、育成雰囲気中の酸素濃度を高くしなければならない原因として以下のことが考えられる。すなわち、Ｒｈは融液中の酸素と反応してＲｈイオンとして融液中に溶け込むため、育成雰囲気中の酸素濃度が高くないと、それと平衡する融液中の酸素濃度も高くならず、融液中のＲｈ濃度が制限されてしまうためと考えられる。
【特許文献１】特開昭５２−１１１６９７号公報（特許請求の範囲、公報１３頁左下欄６−９行）
【特許文献２】特公昭５７−４４２０２号公報（特許請求の範囲、公報２頁左欄下から７−２行）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
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、従来法において困難であった高濃度のロジウム（Ｒｈ）がドープされたタンタル酸リチウム基板を低コストで容易に製造できる方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
すなわち、請求項１に係る発明は、
Ｒｈ（ロジウム）がドープされたタンタル酸リチウム基板の製造方法を前提とし、
基板の状態に加工されたタンタル酸リチウム単結晶を、Ｒｈ板またはＰｔ−Ｒｈ合金板と接触させ、８００℃以上、タンタル酸リチウム単結晶の融点未満の温度条件で、３時間以上５０時間以下熱処理することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の発明に係るタンタル酸リチウム基板の製造方法を前提とし、
上記Ｐｔ−Ｒｈ合金板中のＲｈ組成が２０〜４０重量％であることを特徴とし、
請求項３に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係るタンタル酸リチウム基板の製造方法を前提とし、
上記熱処理の雰囲気が、大気であることを特徴とし、
請求項４に係る発明は、
請求項１または２に記載の発明に係るタンタル酸リチウム基板の製造方法を前提とし、
上記熱処理の雰囲気が、真空、還元性ガスまたは不活性ガスであることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るタンタル酸リチウム基板の製造方法によれば、
基板の状態に加工されたタンタル酸リチウム単結晶を、Ｒｈ板またはＰｔ−Ｒｈ合金板と接触させ、８００℃以上、タンタル酸リチウム単結晶の融点未満の温度条件で、３時間以上５０時間以下熱処理しているため、従来法において困難であった高濃度のロジウムがドープされたタンタル酸リチウム基板を低コストで容易に製造することができる。
【００１２】
従って、音速（伝搬速度）の温度特性に優れたタンタル酸リチウム基板を安価に提供できる効果を有している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１４】
原子の拡散は、一般的に濃度勾配を駆動力とし温度が高いほど容易となる。本発明者の実験によると、ＬＴ結晶に対するＲｈの拡散は、ＬＴ結晶のキュリー温度付近の６００℃程度では１００時間熱処理しても確認されなかったが、８００℃以上の温度では生産的に考え実用レベルである５０時間程度の熱処理においても比較的容易に起ることが確認されている。これに対し、Ｐｔ−Ｒｈ合金の一方を構成するＰｔの拡散は、ＬＴ結晶の融点直下の温度１６００℃で、５０時間熱処理しても結晶中のＰｔ濃度は２ｐｐｍ以下と無視できるレベルであることが確認された。従って、ＬＴ結晶に対してＲｈを拡散させるには、Ｒｈ板以外にＰｔ−Ｒｈ合金板も適用することができる。
【００１５】
以下、図１に従い、本発明に係るタンタル酸リチウム基板の製造方法を説明する。
【００１６】
まず、単結晶インゴットからスライスされて求められたＬＴ基板１を電気炉３内に配置し、このＬＴ基板１の上下面と接触するようにＲｈ板またはＰｔ−Ｒｈ板２を配置した後、電気炉３内の温度を、室温から８００℃以上、ＬＴ結晶の融点（１６５０℃）未満の範囲内における所望の温度に昇温する。この時、電気炉３内の雰囲気は、大気、真空、不活性ガス、還元性ガスの何れでもよく任意である。
【００１７】
電気炉３内を所望の温度（炉内設定温度）に昇温した後、３時間以上５０時間以下の範囲から上記炉内設定温度に応じて選定される熱処理時間、電気炉３内の温度を一定に保持することによりＬＴ基板１中にＲｈを拡散させる。
【００１８】
炉内温度を保持した後、炉内温度を室温まで降温させてＬＴ基板１を取り出す。取り出されたＬＴ基板１は、ＬＴ結晶のキュリー温度（約６００℃）を超えた温度で熱処理されているので、基板全体の極性を揃えるためにポーリング処理が施され、ラップ処理以降の後工程を行うラインに流される。ここで、ＬＴ基板に対するＲｈの拡散熱処理は、ラップ処理が施されたＬＴ基板に対して行ってもよい。この場合、Ｒｈの拡散熱処理後におけるＬＴ基板は、ポーリング処理後にポリッシュ以降の工程を行うラインに流される。
【００１９】
また、図２に示すように、電気炉３内にＬＴ基板１とＲｈ板またはＰｔ−Ｒｈ板２を交互に複数配置し、複数枚のＬＴ基板１に対してＲｈの拡散熱処理を一度に行う方法を採用しても当然のことながらよい。
【００２０】
以下、本発明の実施例について具体的に説明する。
【実施例１】
【００２１】
Ｃｚ法で育成したＬＴ単結晶インゴットをスライスして求めた厚さ０．５ｍｍ、直径４インチのＬＴ基板と、厚さ０．１ｍｍ、直径４インチのＰｔ７０重量％−Ｒｈ３０重量％の合金板を用い、図１に示した配置構成で、温度１６００℃で３時間の熱処理を行った。尚、処理雰囲気は大気とした。
【００２２】
そして、熱処理後のＬＴ基板をポーリングした後、ＬＴ基板のＲｈ濃度およびＰｔ濃度の分析とキュリー温度の測定を行った。
【００２３】
その結果、Ｒｈ濃度３３０ｐｐｍ、Ｐｔ濃度１．５ｐｐｍ、キュリー温度６０３．８℃であり、所望のＲｈ濃度が得られた上に、Ｐｔ濃度は実用上差し支えないレベルであった。また、キュリー温度は、通常のＬＴ基板の平均値６０３℃と同レベルであった。
【実施例２】
【００２４】
Ｃｚ法で育成したＬＴ単結晶インゴットをスライスして求めた厚さ０．５ｍｍ、直径４インチのＬＴ基板と、厚さ０．１ｍｍ、直径４インチのＰｔ７０重量％−Ｒｈ３０重量％の合金板を用い、図１に示した配置構成で、温度８００℃で５０時間の熱処理を行った。尚、処理雰囲気は大気とした。
【００２５】
そして、熱処理後のＬＴ基板をポーリングした後、ＬＴ基板のＲｈ濃度およびＰｔ濃度の分析とキュリー温度の測定を行った。
【００２６】
その結果、Ｒｈ濃度２７０ｐｐｍ、Ｐｔ濃度１．１ｐｐｍ、キュリー温度６０３．５℃であり、所望のＲｈ濃度が得られた上に、Ｐｔ濃度は実用上差し支えないレベルであった。また、キュリー温度は、通常のＬＴ基板の平均値６０３℃と同レベルであった。
【実施例３】
【００２７】
処理雰囲気の条件を除いて、実施例１と同様の配置構成、処理温度、処理時間条件によりＬＴ基板の熱処理を行った。
【００２８】
すなわち、Ｃｚ法で育成したＬＴ単結晶インゴットをスライスして求めた厚さ０．５ｍｍ、直径４インチのＬＴ基板と、厚さ０．１ｍｍ、直径４インチのＰｔ７０重量％−Ｒｈ３０重量％の合金板を用い、図１に示した配置構成で、温度１６００℃で３時間の熱処理を行った。
【００２９】
但し、処理雰囲気については、真空、Ｎ2ガス、Ｎ2−Ｈ2混合ガス、および、Ａｒガスの雰囲気でそれぞれ行った。
【００３０】
そして、熱処理後のＬＴ基板をポーリングした後、ＬＴ基板のＲｈ濃度およびＰｔ濃度の分析とキュリー温度の測定を行ったところ、真空、Ｎ2ガス、Ｎ2−Ｈ2混合ガス、および、Ａｒガスの全ての雰囲気において、実施例１と同等の結果が得られた。
【実施例４】
【００３１】
処理雰囲気の条件を除いて、実施例２と同様の配置構成、処理温度、処理時間条件によりＬＴ基板の熱処理を行った。
【００３２】
すなわち、Ｃｚ法で育成したＬＴ単結晶インゴットをスライスして求めた厚さ０．５ｍｍ、直径４インチのＬＴ基板と、厚さ０．１ｍｍ、直径４インチのＰｔ７０重量％−Ｒｈ３０重量％の合金板を用い、図１に示した配置構成で、温度８００℃で５０時間の熱処理を行った。
【００３３】
但し、処理雰囲気については、真空、Ｎ2ガス、Ｎ2−Ｈ2混合ガス、および、Ａｒガスの雰囲気でそれぞれ行った。
【００３４】
そして、熱処理後のＬＴ基板をポーリングした後、ＬＴ基板のＲｈ濃度およびＰｔ濃度の分析とキュリー温度の測定を行ったところ、真空、Ｎ2ガス、Ｎ2−Ｈ2混合ガス、および、Ａｒガスの全ての雰囲気において、実施例２と同等の結果が得られた。
【実施例５】
【００３５】
処理時間のみを５０時間とした以外は、実施例１と同様の配置構成、処理温度条件によりＬＴ基板の熱処理を行った。
【００３６】
すなわち、Ｃｚ法で育成したＬＴ単結晶インゴットをスライスして求めた厚さ０．５ｍｍ、直径４インチのＬＴ基板と、厚さ０．１ｍｍ、直径４インチのＰｔ７０重量％−Ｒｈ３０重量％の合金板を用い、図１に示した配置構成で大気の雰囲気下、温度１６００℃で５０時間の熱処理を行った。
【００３７】
そして、熱処理後のＬＴ基板をポーリングした後、ＬＴ基板のＲｈ濃度およびＰｔ濃度の分析とキュリー温度の測定を行ったところ、Ｒｈ濃度８９０ｐｐｍ、Ｐｔ濃度１．９ｐｐｍ、キュリー温度６０３．９℃であった。
【００３８】
この結果、Ｐｔ−Ｒｈ製の坩堝が用いられる特許文献１に記載の従来法では、セル成長、多結晶化が生じて得ることが困難であった高濃度Ｒｈドープのタンタル酸リチウム基板を得ることができ、かつ、Ｐｔ濃度も実用上差し支えないレベルであり、更に、キュリー温度も通常のＬＴ基板の平均値６０３℃と大差の無いレベルであることが確認された。
［比較例１］
処理時間のみを２時間とした以外は、実施例１と同様の配置構成、処理温度条件によりＬＴ基板の熱処理を行った。
【００３９】
すなわち、Ｃｚ法で育成したＬＴ単結晶インゴットをスライスして求めた厚さ０．５ｍｍ、直径４インチのＬＴ基板と、厚さ０．１ｍｍ、直径４インチのＰｔ７０重量％−Ｒｈ３０重量％の合金板を用い、図１に示した配置構成で大気の雰囲気下、温度１６００℃で２時間の熱処理を行った。
【００４０】
そして、熱処理後のＬＴ基板をポーリングした後、ＬＴ基板のＲｈ濃度およびＰｔ濃度の分析とキュリー温度の測定を行ったところ、Ｒｈ濃度１９０ｐｐｍ、Ｐｔ濃度０．９ｐｐｍ、キュリー温度６０３．２℃であった。
【００４１】
この結果、温度特性の改善効果が顕著に現れるＲｈ濃度２００ｐｐｍに達していないことが確認された。
［比較例２］
処理温度のみを７５０℃とした以外は、実施例２と同様の配置構成、処理時間条件によりＬＴ基板の熱処理を行った。
【００４２】
すなわち、Ｃｚ法で育成したＬＴ単結晶インゴットをスライスして求めた厚さ０．５ｍｍ、直径４インチのＬＴ基板と、厚さ０．１ｍｍ、直径４インチのＰｔ７０重量％−Ｒｈ３０重量％の合金板を用い、図１に示した配置構成で大気の雰囲気下、温度７５０℃で５０時間の熱処理を行った。
【００４３】
そして、熱処理後のＬＴ基板をポーリングした後、ＬＴ基板のＲｈ濃度およびＰｔ濃度の分析とキュリー温度の測定を行ったところ、Ｒｈ濃度１７０ｐｐｍ、Ｐｔ濃度０．８ｐｐｍ、キュリー温度６０３．２℃であった。
【００４４】
この結果、温度特性の改善効果が顕著に現れるＲｈ濃度２００ｐｐｍに達していないことが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明によれば、高濃度のロジウムがドープされたタンタル酸リチウム基板を低コストで容易に製造することができるため、携帯電話やテレビ等に搭載されているＳＡＷデバイス用基板に適用される産業上の利用可能性を有している。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明に係るタンタル酸リチウム基板の製造方法の一例を示す説明図。
【図２】本発明に係るタンタル酸リチウム基板の製造方法の他の例を示す説明図。
【符号の説明】
【００４７】
１  タンタル酸リチウム（ＬＴ）基板
２  Ｒｈ板またはＰｔ−Ｒｈ合金板
３  電気炉
【図１】
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【図２】
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