專利名稱：鉭酸鋰晶體的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鉭酸鋰晶體的制造方法，該酸鋰晶體使用于彈性表面波組件等晶圓上，利用金屬電極形成圖案而處理電信號(hào)的應(yīng)用中。
背景技術(shù)：
鉭酸鋰使用于利用彈性表面波(SAW)而進(jìn)行信號(hào)處理的SAW裝置等利用電特性的應(yīng)用中。雖然顯示適用于此用途的鉭酸鋰晶體系歸因于其晶體構(gòu)造，SAW裝置所必需的壓電反應(yīng)(壓電性)，除了壓電性之外，一般方法可取得的鉭酸鋰晶體也產(chǎn)生熱電反應(yīng)(熱電性)。
鉭酸鋰晶體的壓電性是將鉭酸鋰晶體作為SAW裝置利用時(shí)所不可欠缺的特性。另一方面，熱電性是通過對(duì)鉭酸鋰晶體施加溫度變化，觀測于晶體之外側(cè)表面所產(chǎn)生的表面電荷，使晶體帶電。此表面電荷系于將鉭酸鋰晶體作為SAW裝置使用時(shí)，由鉭酸鋰晶體所構(gòu)成的晶圓上，于形成的金屬電極間引起火花放電，導(dǎo)致SAW裝置在性能上存在明顯缺陷。因此，使用鉭酸鋰晶體的SAW裝置的設(shè)計(jì)上，使表面電荷不產(chǎn)生之考慮、使產(chǎn)生的表面電荷脫離之考慮、或是擴(kuò)大金屬電極彼此間的間隔等之考慮等均是必須的，為了采納這些考慮，對(duì)SAW裝置本身之設(shè)計(jì)上將有限制增多的缺點(diǎn)。
另外，使用鉭酸鋰晶體的SAW裝置的制造方法中的金屬膜蒸鍍、光阻去除步驟，具有對(duì)鉭酸鋰晶體加熱之步驟，若于這些步驟對(duì)鉭酸鋰晶體施加加熱或降溫之溫度變化，因鉭酸鋰晶體之熱電性而于外側(cè)表面產(chǎn)生電荷。如上所述，因此表面電荷將于金屬電極間產(chǎn)生火花放電，導(dǎo)致電極圖案損壞之故，于SAW裝置之制造步驟，設(shè)計(jì)上盡可能不施加溫度變化，或設(shè)法減緩溫度變化，為了這些考慮，將發(fā)生制造方法的產(chǎn)率降低，或是保證SAW裝置性能的容許范圍變窄等缺點(diǎn)。
利用一般方法所制得的鉭酸鋰晶體，因熱電性而產(chǎn)生的外側(cè)表面電荷會(huì)被來自周圍環(huán)境的游離電荷中和，隨時(shí)間流逝而消失，因?yàn)榇讼r(shí)間長達(dá)數(shù)小時(shí)以上，SAW裝置的制造中，通過這類方式的自然中和而使所生成的表面電荷消失，但仍未能予以工業(yè)化。
基于上述技術(shù)背景，針對(duì)SAW裝置的用途，為了發(fā)揮裝置特性、維持必要的壓電性，對(duì)于在晶體外側(cè)表面上無法觀測到電荷產(chǎn)生或累積的壓電性晶體的需求逐漸增大，針對(duì)此類用途，必須具有無法觀測到表面電荷累積的鉭酸鋰晶體。
為防止此電荷表面累積之故，而使鉭酸鋰晶體之導(dǎo)電率提高。使導(dǎo)電率提高的鉭酸鋰晶體的制造方法，例如，于日本公開專利第平11-92147號(hào)公報(bào)揭示將鉭酸鋰晶體曝露于500℃以上的還原性環(huán)境的方法。然而，若利用該方法，將鉭酸鋰晶體進(jìn)行還原處理，還原性的環(huán)境中的處理溫度為鉭酸鋰居里點(diǎn)610℃以上時(shí)，SAW裝置用途所必要的單一極化構(gòu)造將失去，另外，得知于610℃以上之溫度時(shí)，還原處理的速度變得極慢，其結(jié)果是工業(yè)上無法利用此法使鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了上述問題的解決方法，即提供了一種鉭酸鋰晶體的制造方法。通過提高鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率，使已產(chǎn)生的表面電荷不產(chǎn)生聚集現(xiàn)象，從而可使由于對(duì)碳酸鋰晶體施加溫度而產(chǎn)生的表面電荷消失，同時(shí)，能夠維持單一極化構(gòu)造而發(fā)揮有效的壓電性。
為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種增加導(dǎo)電率的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征為于低于溫度T1的溫度T2下，且在還原性的環(huán)境中，使已在溫度T1下還原處理過的物質(zhì)與鉭酸鋰晶體接觸。如此，通過已還原處理過的物質(zhì)對(duì)鉭酸鋰進(jìn)行還原處理，能夠于較低溫度下，提高鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率，其結(jié)果是能夠抑制對(duì)鉭酸鋰晶體施加溫度變化時(shí)所產(chǎn)生的熱電性。
另外，最好將溫度T1設(shè)定為700℃以上。如此，能夠快速進(jìn)行該物質(zhì)的還原處理。
另外，最好于含有氫、一氧化碳、一氧化二氮中任一種或二種以上氣體所構(gòu)成的混合氣體的還原性氣體中，在溫度T1進(jìn)行還原處理。如此，能夠通過習(xí)知的還原性氣體，得到還原處理過的物質(zhì)。尤其是，最好將氫或一氧化碳作為該還原性氣體使用，能夠快速進(jìn)行還原處理。
或者，也可以于該還原性氣體中添加He、Ne、Ar其它稀有氣體、氮、二氧化碳中任一種，或其中的二種以上所構(gòu)成的混合氣體的環(huán)境中進(jìn)行還原處理。如此，可以控制還原處理之速度或處理時(shí)間。
還有，還原性氣體環(huán)境最好為能將欲進(jìn)行還原處理之物質(zhì)在盡可能于短時(shí)間進(jìn)行處理的環(huán)境。
另外，本發(fā)明能將晶體、陶瓷、金屬、最好將貯氫合金作為于溫度T1下進(jìn)行還原處理的物質(zhì)使用。如此，若將溫度T2下進(jìn)行鉭酸鋰晶體之還原處理者作為于溫度T1進(jìn)行還原處理的物質(zhì)使用，則能制造使導(dǎo)電率提高的鉭酸鋰。
另外，本發(fā)明能將由具有非化學(xué)計(jì)量組成的復(fù)合氧化物所形成的物質(zhì)作為該晶體或該陶瓷使用。如此，于溫度T1下可以得到有效進(jìn)行還原處理的物質(zhì)。若為非化學(xué)計(jì)量的組合物，將有陽離子損失，認(rèn)為此損失與還原處理具有密切的關(guān)系。
而且，如此一來，由陽離子損失少的化學(xué)計(jì)量比的組合物(例如，能將所謂的相和組成之非化學(xué)計(jì)量比的組合物)作為陽離子損失多、還原性高的組成物使用。
另外，能將鉭酸鋰或鈮酸鋰作為該晶體或該陶瓷使用。如此，通常最好將不會(huì)污染產(chǎn)品的鉭酸鋰晶體，或是具有足夠還原性者作為SAW裝置的材料使用。
另外，本發(fā)明于溫度T2下，能將已單一極化的晶體作為與溫度T1下還原處理過之物質(zhì)接觸的鉭酸鋰晶體使用。如此，最好本發(fā)明所得到的鉭酸鋰晶體于溫度T2還原處理過之后，不必進(jìn)行單一極化處理。
還有，通常之單一極化處理是于鉭酸鋰晶體之居里點(diǎn)(約610℃)以上之高溫，并且于大氣中施加電壓后進(jìn)行。然而，經(jīng)過還原處理等而使導(dǎo)電率提高之鉭酸鋰晶體，于大氣中到達(dá)400℃以上之溫度時(shí)，將失去所提高之導(dǎo)電率。其結(jié)果是將有下列之問題即使對(duì)鉭酸鋰晶體進(jìn)行還原處理而使導(dǎo)電率提高，隨后若于居里點(diǎn)以上之溫度進(jìn)行單一極化處理，導(dǎo)電率將恢復(fù)還原處理前之狀態(tài)。
為此，本發(fā)明最好使鉭酸鋰晶體與還原處理過之物質(zhì)接觸的溫度T2設(shè)定為400～600℃。如此，若將T2設(shè)定為低于鉭酸鋰晶體之居里點(diǎn)的溫度，已單一極化之鉭酸鋰晶體能夠保持單一極化構(gòu)造，并且，由于接觸是在還原性氣體環(huán)境中進(jìn)行，不會(huì)發(fā)造成導(dǎo)電率失去等問題。
另外，經(jīng)溫度T2處理之后，最好于250℃溫度以下將大氣導(dǎo)入。如此，在250℃以下與大氣接觸時(shí)，于溫度T2之處理，已提高鉭酸鋰晶體之導(dǎo)電率便不可能因曝露于大氣而降低。
另外，能將切片前階段之晶體作為該已單一極化的晶體使用，也能將已進(jìn)行切片處理之晶圓、或已進(jìn)行研磨處理之晶圓作為該已單一極化的晶體使用。尤其，若為切片晶圓或研磨晶圓，因?yàn)槟軌蚴瓜鄬?duì)于體積之表面積增大，與還原處理過之物質(zhì)的接觸面積增大，故能夠有效地使導(dǎo)電率提高。
另外本發(fā)明，最好于氫、一氧化碳、一氧化二氮或由它們的混合氣體所構(gòu)成的還原性氣體中，進(jìn)行于溫度T2下的還原處理。如此，通常能夠于習(xí)知還原性氣體中進(jìn)行還原處理，得到已提高導(dǎo)電率之鉭酸鋰晶體。尤其最好是利用氫或一氧化碳?xì)怏w作為該還原性氣體使用，能夠迅速進(jìn)行還原處理。
或者，也可以于由氫、一氧化碳、一氧化二氮或它們的混合氣體所構(gòu)成的還原性氣體中，更添加He、Ne、Ar其它稀有氣體及氮、二氧化碳或由它們的混合氣體所構(gòu)成的惰性氣體的的環(huán)境中，于溫度T2下進(jìn)行還原處理。如此，能夠控制還原處理之速度或處理時(shí)間。
另外，本發(fā)明提供一種鉭酸鋰晶體的制造方法。至少在還原性環(huán)境中將第一材料與已單一極化之鉭酸鋰晶體相重迭而在還原性環(huán)境下且低于居里點(diǎn)的溫度T2’下進(jìn)行熱處理，使該已單一極化之鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高，其中該第一材料含有在還原性環(huán)境和居里點(diǎn)以上的溫度T1’下熱處理過的鉭酸鋰或鈮酸鋰，或是貯藏有氫的貯氫金屬。
如此，因?yàn)榈谝徊牧暇哂羞€原性，通過將第一材料與已單一極化之鉭酸鋰晶體相重迭而在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T2’下進(jìn)行熱處理，即使于非居里點(diǎn)以上之溫度下，也能夠有效地進(jìn)行已單一極化的鉭酸鋰晶體之還原處理。因而，能夠使鉭酸鋰晶體維持已單一極化之狀態(tài)下，有效地使導(dǎo)電率提高。
另外，最好將該T2’下進(jìn)行熱處理所得到的鉭酸鋰晶體，于大氣中且低于居里點(diǎn)的溫度T3下進(jìn)行熱處理，并通過將該鉭酸鋰晶體與第二材料相重迭而在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T2”下進(jìn)行熱處理，使該鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高，其中該第二材料含有在還原性環(huán)境和居里點(diǎn)以上的溫度T1”下熱處理過的鉭酸鋰或鈮酸鋰，或是貯藏有氫之貯氫金屬。
如此，通過由該方法進(jìn)行還原處理而使導(dǎo)電率提高的已單一極化之鉭酸鋰晶體，一旦于大氣中且低于居里點(diǎn)的溫度T3下進(jìn)行熱處理之后，與具有還原性之第二材料相重迭，若在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T2”下進(jìn)行熱處理，確實(shí)能夠更進(jìn)一步均勻地使鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高。
另外，將該T2’下進(jìn)行熱處理所得到的鉭酸鋰晶體，于大氣中且低于居里點(diǎn)的溫度T3下進(jìn)行熱處理，最好在還原性環(huán)境下且低于居里點(diǎn)的溫度T2”下進(jìn)行該鉭酸鋰晶體之熱處理，使該鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高。
如此，通過由該方法進(jìn)行還原處理而使導(dǎo)電率提高的已單一極化之鉭酸鋰晶體，一旦于大氣中且低于居里點(diǎn)的溫度T3下進(jìn)行熱處理之后，即使不使用第二材料，在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T2”’下進(jìn)行熱處理，也確實(shí)能夠更進(jìn)一步地使鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高。
此時(shí)，最好將低于該居里點(diǎn)的溫度T2’、T2”、T2”’設(shè)定為400℃以上。如此，能夠有效地使鉭酸鋰晶體之導(dǎo)電率提高。
另外，最好將已進(jìn)行切片處理之晶圓、或已進(jìn)行研磨處理之晶圓作為該已單一極化之鉭酸鋰晶體使用。如此，因?yàn)槟軌蚴瓜鄬?duì)于體積之表面積增大，并使與第一或第二材料相重迭之面積、或是曝露在還原性氣體之面積增大，故能夠有效地使鉭酸鋰晶體之導(dǎo)電率均勻地提高。
另外，最好將該第一或第二材料作成由鉭酸鋰或鈮酸鋰所構(gòu)成的陶瓷或晶體。如此，也可以將鉭酸鋰或鈮酸鋰之陶瓷或晶體的任一種作為第一或第二材料使用。若為這類材料，即使與鉭酸鋰晶體相重迭而進(jìn)行熱處理，也不會(huì)造成污染或其它之不良影響。
另外，最好將非化學(xué)計(jì)量比的組合物作為由該鉭酸鋰或鈮酸鋰所構(gòu)成的陶瓷或晶體使用。如此，因?yàn)榈谝换虻诙牧系年栯x子損失增多，還原性增高，能夠有效地使鉭酸鋰晶體之導(dǎo)電率均勻地提高。
另外，最好將由鉭酸鋰或鈮酸鋰所構(gòu)成的晶體之已進(jìn)行切片處理的晶圓、或已進(jìn)行研磨處理的晶圓作為該第一或第二材料使用。如此，因?yàn)槟軌蚴瓜鄬?duì)于體積之表面積增大，使曝露在還原性氣體之面積增大，成為有效還原處理過的材料。另外，因?yàn)槿菀着c已單一極化之鉭酸鋰晶體相重迭，能夠有效地使鉭酸鋰晶體之導(dǎo)電率提高。
另外，最好經(jīng)溫度T2’、T2”、T2”’下之熱處理后，于250℃以下之溫度將該鉭酸鋰晶體曝露于大氣中。如此，經(jīng)溫度T2’、T2”、T2”’之熱處理，提高已單一極化之鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率，不可能因曝露于大氣中而降低。
另外，最好設(shè)定于該溫度T1’、T1”、T2’、T2”、T2”’進(jìn)行熱處理的還原性氣體，為含有由氫、一氧化碳、一氧化二氮中至少一種所構(gòu)成的還原性氣體。如此，可以將這類通常所知道的還原性氣體，作為該任一溫度下進(jìn)行熱處理之還原性氣體使用。
另外，最好于該還原性氣體中，更添加稀有氣體、氮、二氧化碳中的至少一種所構(gòu)成的添加氣體。如此，能夠控制還原處理之速度或處理時(shí)間。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過提高晶體之導(dǎo)電率，能夠制造實(shí)際上觀測不到因溫度變化產(chǎn)生熱電性所造成的表面電荷累積之鉭酸鋰晶體，尤其能夠制造已單一極化之鉭酸鋰晶體。因而，除了維持壓電性之外，于晶體外表面觀測不到電荷之累積，能夠制作SAW裝置制造上極為有利的鉭酸鋰晶體。而且，本發(fā)明之方法以極短時(shí)間處理而能夠有效制造該鉭酸鋰晶體，成為工業(yè)上有利的制造方法。
具體實(shí)施例方式
以下將詳述本發(fā)明。
如上所述，已揭示將鉭酸鋰晶體曝露于500℃以上之還原性環(huán)境，作為習(xí)知使導(dǎo)電率提高之鉭酸鋰晶體的制造方法。
然而，若采用這類方法進(jìn)行鉭酸鋰晶體之還原處理，將產(chǎn)生下列之問題若還原性環(huán)境中之處理溫度高于鉭酸鋰晶體之居里點(diǎn)610℃，則SAW裝置應(yīng)用所必需之單一極化構(gòu)造將失去，另外，于610℃以下之溫度時(shí)，還原處理之速度將變得極慢而無法工業(yè)化制造。
本發(fā)明者發(fā)現(xiàn)將具有還原性之第一材料(其包含在還原性環(huán)境中、居里點(diǎn)以上的溫度下，有效進(jìn)行還原處理之鉭酸鋰或鈮酸鋰、或是貯藏有氫之貯氫金屬)在還原性環(huán)境下，與已單一極化之鉭酸鋰晶體相重迭而進(jìn)行熱處理，因?yàn)榈谝徊牧贤ㄟ^界面進(jìn)行鉭酸鋰晶體之還原，即使于低于居里點(diǎn)的溫度下，亦能夠有效進(jìn)行還原處理，也能夠使導(dǎo)電率提高，同時(shí)能夠維持單一極化構(gòu)造。此情形下，認(rèn)為采用這種還原處理，對(duì)還原反應(yīng)而言，已單一極化之鉭酸鋰晶體能被活化。
而且，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)若將對(duì)該還原反應(yīng)已被活化的鉭酸鋰晶體，于較空氣中居里點(diǎn)為低的溫度進(jìn)行熱處理，雖然導(dǎo)電率暫時(shí)降低(電阻率上升)，盡管如此，因?yàn)橐廊痪S持活化之狀態(tài)，藉由將此鉭酸鋰晶體與具有還原性之第二材料相重迭或是單獨(dú)地在還原性環(huán)境中且較居里點(diǎn)為低的溫度進(jìn)行熱處理，能進(jìn)一步使導(dǎo)電率提高(能更進(jìn)一步降低電阻率)，于是完成了本發(fā)明。
以下，針對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行具體說明，但本發(fā)明并不受限于此這些實(shí)施方式。
本發(fā)明使用于溫度T1進(jìn)行還原處理之物質(zhì)、或者第一或第二材料(以下，可以記載為材料等)，可列舉由鉭酸鋰晶體所構(gòu)成的陶瓷，此陶瓷能夠藉由秤取與混合碳酸鋰或五氧化鉭，于電爐內(nèi)加熱至1000℃以上而得到。還有，因?yàn)橐部梢允褂梦逖趸壢〈逖趸g而得到由鈮酸鋰所形成的陶瓷。
將如此方式所得到的陶瓷，藉由裝入不銹鋼容器或石英容器之中，再置入密閉的爐內(nèi)，使還原性氣體以每分鐘約1.5升之速度流通密閉爐，將爐溫由室溫升溫至溫度T1、或居里點(diǎn)以上之溫度T1’或T1”，例如，升溫至700～1200℃，維持1～5小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫，再將容器由爐中取出而得到材料等?？梢栽O(shè)定為含有由通常知道的還原性氣體的氫(H2)、一氧化碳(CO)、一氧化二氮中至少一種所構(gòu)成的還原性氣體，作為還原性環(huán)境。另外，最好于此還原性環(huán)境中，再混合由He、Ne、Ar其它之稀有氣體、氮(N2)、二氧化碳(CO2)中至少一種所構(gòu)成的添加氣體時(shí)，因?yàn)槟軌蚩刂七€原處理之速度或處理時(shí)間。還有，此處所說明之還原性環(huán)境也可以使用以下所示之任一種還原性環(huán)境。
另外，最好將由具有鉭酸鋰或其它非化學(xué)計(jì)量組成的復(fù)合氧化物所構(gòu)成的物資作為該陶瓷使用，因?yàn)檫@類陶瓷具有陽離子損失，還原性高之特性。非化學(xué)計(jì)量比之組成物，例如，若為鉭酸鋰之情形，最好使用鋰與鉭之組成比偏離50∶50之物，因?yàn)殛栯x子損失多。
另外，本發(fā)明所用之材料等，例如，可列舉鉭酸鋰晶體，此材料可以將由該還原處理前之鉭酸鋰晶體所構(gòu)成的陶瓷，裝入貴重金屬制之坩堝內(nèi)，經(jīng)加熱、熔融后，使用晶種再經(jīng)由旋轉(zhuǎn)提拉(所謂切克勞斯基法(Czochralski method))而長成鉭酸鋰晶體。另外，鈮酸鋰晶體也可以利用同樣的方法予以長晶。將經(jīng)由此方式所得到的鉭酸鋰晶體予以還原處理的方法，雖然相同于該陶瓷之情形，最好于熱處理后之降溫時(shí)，于250℃將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，再于30℃以下時(shí)，自爐內(nèi)取出。因?yàn)槿糨^250℃為高之溫度下，將大氣導(dǎo)入時(shí)，鉭酸鋰晶體將可能被氧化，最好能予以避免。另外，最好將具有相同于陶瓷之情形的非化學(xué)計(jì)量組成，偏離化學(xué)計(jì)量比的組成物作為該晶體使用。
另外，本發(fā)明使用之材料等，例如，可列舉由鉭酸鋰晶體所構(gòu)成的切片晶圓或研磨晶圓，例如此材料可以使用鋼絲鋸而將該直徑100mm之鉭酸鋰晶體予以切割，得到已進(jìn)行切割處理之直徑100mm、厚度0.5mm的晶圓。而且，也可以藉由研磨機(jī)處理此晶圓而得到已進(jìn)行研磨處理之直徑100mm、厚度0.4mm的晶圓。另外，也可以再鏡面拋光此研磨晶圓之單面或雙面而作成拋光晶圓。將如此方式所得到的晶圓予以還原處理的方法系與上述晶體時(shí)相同。還有，該晶圓之晶體方位可以因應(yīng)要求特性而選擇，例如，可以配向成相對(duì)于表面法線Y方向旋轉(zhuǎn)36°。
經(jīng)由此還原處理，材料等之鉭酸鋰晶體或晶圓的顏色將由處理前的白色變成黑色，即具有光吸收能力。但是，由于溫度T1、T1’、T1”均為鉭酸鋰晶體之居里點(diǎn)以上的溫度，經(jīng)由此處理所得到的鉭酸鋰晶體或晶圓，若作為SAW裝置使用則含有不適合之多領(lǐng)域構(gòu)造。
還有，本發(fā)明之材料，除了上述以外別的還原處理過之晶體、陶瓷、或是鈀等之吸附貯藏有氫的金屬之外，最好以LaNi5、FeTi、Mg2Ni等作為基本成份，再于此基本成分中摻入鈮(Nb)或錳(Mn)等氫貯藏合金。
接著，本發(fā)明最后使導(dǎo)電率提高的鉭酸鋰晶體或晶圓，可以與作為該材料等之鉭酸鋰晶體或晶圓同樣地以切克勞斯基法(Czochralski method))法所進(jìn)行的長晶、或是利用已長晶之切片處理及研磨處理而加以制備。針對(duì)將這類晶體或晶圓予以單一極化，將貴重金屬電極設(shè)置于鉭酸鋰晶體上，于鉭酸鋰之居里點(diǎn)以上的溫度，例如，能夠于650℃施加電壓而進(jìn)行單一極化處理。另外，藉由將已進(jìn)行此單一極化處理之晶體予以切片處理或研磨處理，可以得到已單一極化的切片晶圓或研磨晶圓。另外，也可以鏡面拋光此研磨晶圓之單面或雙面而作成拋光晶圓。
接著，將已進(jìn)行該單一極化處理的鉭酸鋰晶體，與溫度T1下還原處理過的物質(zhì)或與第一材料接觸而重迭，經(jīng)交替層迭等，再置入爐中，例如使還原性氣體以每分鐘約1.5升之速度流通，將爐溫由室溫起，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行升溫，至較T1為低的溫度T2、或較居里點(diǎn)為低之溫度T2’，例如，于400～600℃，維持1～50小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫，然后于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，再于30℃以下時(shí)，將晶體自爐內(nèi)取出。
經(jīng)由此方式，能夠得到具有根據(jù)本發(fā)明而得到的單一極化構(gòu)造，并且使導(dǎo)電率提高的鉭酸鋰晶體。而且，本發(fā)明為了確實(shí)得到使導(dǎo)電率進(jìn)一步提高的鉭酸鋰晶體，可以于該方法之后再追加進(jìn)行以下二種方法之中的任一種。
第一方法系如以下之說明。首先，將具有該單一極化構(gòu)造，并且使導(dǎo)電率提高的鉭酸鋰晶體設(shè)置于已導(dǎo)入大氣的爐中，將爐溫由室溫起，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行升溫，至較大氣中之居里點(diǎn)為低的溫度T3，例如，于400～600℃，維持1～50小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫，再于30℃以下時(shí)，將晶體自爐內(nèi)取出。若進(jìn)行如此之熱處理，鉭酸鋰晶體將變成白色，導(dǎo)電率暫時(shí)降低，電阻率將提高，但是對(duì)晶體中之還原反應(yīng)所活化的狀態(tài)仍維持原狀，并且也能保持單一極化構(gòu)造。
接著，如上所述，使于大氣中熱處理過之白色鉭酸鋰晶體，與于該溫度T”熱處理過而得到的第二材料，例如與變黑的鉭酸鋰晶體晶圓接觸而重迭，經(jīng)交替層迭等，再置入爐中，使還原性氣體以每分鐘約1.5升之速度流通，將爐溫由室溫起，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行升溫，至較居里點(diǎn)為低的溫度T2”，最好于400～600℃，維持1～50小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫，然后于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，再于30℃以下時(shí)，將晶體自爐內(nèi)取出。藉由如此之熱處理，使導(dǎo)電率更進(jìn)一步均勻地提高，可以確實(shí)得到已單一極化的鉭酸鋰晶體。尤其，經(jīng)一次還原處理所得到的黑色之鉭酸鋰晶體容易產(chǎn)生色澤不均，但是藉由進(jìn)行如上述之二次還原，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電率之偏異，能夠確實(shí)得到色澤均勻的黑色鉭酸鋰晶體。
另一方面，第二方法系如以下之說明。于該大氣中、經(jīng)熱處理之白色鉭酸鋰晶體系對(duì)還原反應(yīng)所活化的狀態(tài)仍維持原狀。因而，不使用第二材料，也可以進(jìn)行如下之熱處理單獨(dú)置入爐中，例如使還原性氣體以每分鐘約1.5升之速度流通，將爐溫由室溫起，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行升溫，至較居里點(diǎn)為低的溫度T2”’，最好于400～600℃，維持1～50小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行降溫，然后于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，再于30℃以下時(shí)，將晶體自爐內(nèi)取出。藉由如此之熱處理，使導(dǎo)電率更進(jìn)一步均勻地提高，并且，對(duì)應(yīng)于導(dǎo)電率之偏異，能夠確實(shí)得到色澤均勻之已單一極化的黑色鉭酸鋰晶體。
本發(fā)明所得到之提高導(dǎo)電率之已單一極化的鉭酸鋰晶體，其導(dǎo)電率可依如下之方式求得。導(dǎo)電率為體積電阻率之導(dǎo)數(shù)，例如，體積電阻率系使用Hewlett Packard公司制之4329A高電阻計(jì)4(High Resistance Meter 4)及16008A電阻計(jì)(Resistivity Cell)測定電阻值，其值可以由下式得到。
ρ＝(πd2/4t)·Rρ體積電阻率(Ω·cm)π圓周率d中心電極直徑(cm)t鉭酸鋰晶體或晶圓之厚度(cm)R電阻值(Ω)于測定時(shí)，例如對(duì)晶圓施加500伏特之電壓，為了得到已安定的數(shù)值，測定自施加電壓起1分鐘后的電阻值。
另外，本發(fā)明之效果也可以藉由測定晶圓之表面電位而加以確認(rèn)。表面電位測定之習(xí)用技術(shù)，表面電位系利用溫度差，因表面上所累積之熱電性而產(chǎn)生的電荷量，此與靜電進(jìn)行同樣之定量測定。于熱板上，進(jìn)行使導(dǎo)電率提高之鉭酸鋰晶圓于1分鐘內(nèi)、從30℃起升溫至70℃為止，例如，可以藉由使用Ion Systems公司制之SFM775，測定其間所變化的表面電位差而得到表面電位。
以下，揭示本發(fā)明之實(shí)施例及比較例，更具體說明本發(fā)明，但是本發(fā)明并不受限于這些實(shí)施例及比較例。
依下述方式進(jìn)行本實(shí)施例及比較例所用之鉭酸鋰(LT)晶圓的制作。通過以切克勞斯基法(Czochralski method))及常用的二次加工法，得到相對(duì)于表面法線，于Y方向旋轉(zhuǎn)36°(420-Y)晶向之直徑100mm、長度50mm的鉭酸鋰晶體(以后，稱為LT晶體)。將白金電極設(shè)置于此LT晶體上，于650℃、施加電壓，進(jìn)行單一極化處理。接著，對(duì)此LT晶體進(jìn)行切割處理、研磨處理而得到厚度0.4mm之雙面研磨晶圓(以后，將此晶圓稱為LT研磨晶圓)。將此LT研磨晶圓之單面予以鏡面拋光，得到厚度0.35mm之晶圓(以后，將此晶圓稱為LT拋光晶圓)。此晶圓為無色半透明的。
實(shí)施例1～18將如此方式所得到的LT研磨晶圓置于表1所示之還原性氣體的流速為每分鐘約1.5升的密閉爐中。此爐具有三區(qū)，由具備水平方向之直徑200mm鋁處理管的管狀爐所建構(gòu)的。通過將晶圓置于該處理管之中心的鋁制載體而予以支撐。此鋁處理管自爐延伸出，因而此鋁處理管之邊緣將曝露而被冷卻。鋁處理管之密閉用O型環(huán)提供密閉爐空隙。將晶圓置入處理管中，接著，將此處理管以側(cè)端蓋予以密封。使氣流開始流通，啟動(dòng)爐之加熱。將爐溫由室溫起，以每分鐘約6.7℃之速度升溫至表1所示之溫度T1。然后，于溫度T1維持1小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行降溫。于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_(dá)30℃以下時(shí)，再將晶圓由爐中取出(以后，稱為T1處理LT晶圓)。接著，使已單一極化處理之LT研磨晶圓與T1處理LT晶圓接觸而交替層迭，然后置于氫氣以每分鐘約1.5升之速度流通的密閉爐中。此爐系相同于溫度T1還原處理的爐。將爐溫由室溫起，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行升溫。于表1所示之溫度T2維持1小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫。于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_(dá)30℃以下時(shí)，再將晶圓由爐中取出(以后，稱為T2處理LT晶圓)。
依如下之方式求得此T2處理LT晶圓之導(dǎo)電率。導(dǎo)電率為體積電阻率之導(dǎo)數(shù)，首先，使用Hewlett Packard公司制之4329A高電阻計(jì)4及16008A電阻計(jì)測定電阻值，其電阻值可以由下式而得到體積電阻率。
ρ＝(πd2/4t)·Rρ體積電阻率(Ω·cm)π圓周率d中心電極直徑(cm)tT2處理LT晶圓之厚度(cm)R電阻值(Ω)于測定時(shí)，施加500伏特之電壓，為了得到已穩(wěn)定的數(shù)值，測定自施加電壓起1分鐘后的電阻值。
表面電位依如下之方式進(jìn)行測定。首先，將T2處理晶圓置于熱板上，從30℃起直到70℃為止進(jìn)行升溫，使用Ion Systems公司制造的SFM775，將其間變化的表面電位差作為測定值。將如此方式所求出的導(dǎo)電率、表面電位示于表1中。還有，以下之所有表格中，導(dǎo)電率例如記載為「9.3E-14」意指「9.3×10-14」。其結(jié)果是，于實(shí)施例1～18之任一情形下，導(dǎo)電率均為高值、表面電位均為低值。還有，為了進(jìn)一步提高導(dǎo)電率、并進(jìn)一步降低表面電位，最好將T1設(shè)定為700℃以上。另外，因?yàn)槿我焕甌2均為居里點(diǎn)以下之溫度，能夠保持T2處理晶圓之單一極化構(gòu)造。
表1


實(shí)施例19～28將LT研磨晶圓置于氫氣以每分鐘約1.5升之速度流通的密閉爐中。于表2所示之溫度T1維持1小時(shí)之后得到T1處理LT晶圓。然后，使已單一極化處理之LT研磨晶圓與T1處理LT晶圓接觸而交替層迭，再置于表2所示之還原性氣體以每分鐘約1.5升之速度流通的密閉爐中。于表2所示之溫度T2維持1小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫。于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_(dá)30℃以下時(shí)，再將晶圓由爐中取出而得到T2處理LT晶圓。將與相同于上述之方法所測得的導(dǎo)電率、表面電位示于表2。其結(jié)果是，于實(shí)施例19～28之任一情形下，導(dǎo)電率均為高值，表面電位均為低值。還有，為了進(jìn)一步提高導(dǎo)電率、進(jìn)一步降低表面電位，最好將T2設(shè)定為400℃以上。另外，因?yàn)槿我焕甌2均為居里點(diǎn)以下之溫度，能夠保持T2處理晶圓之單一極化構(gòu)造。
表2


比較例1～4將完全不進(jìn)行還原處理之LT研磨晶圓的導(dǎo)電率、表面電位示于表3。導(dǎo)電率均為低值，表面電位均為高值。
另外，將LT研磨晶圓置于氫氣以每分鐘約1.5升之速度流通的密閉爐中。于居里點(diǎn)以下之600℃溫度僅維持表3所示之時(shí)間后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫。于30℃以下時(shí)，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，再將晶圓由爐中取出而得到還原處理LT晶圓。將與相同于上述之方法所測得的導(dǎo)電率、表面電位示于表3。在任一熱處理時(shí)間下，導(dǎo)電率、表面電位均與未還原處理過之LT晶圓的數(shù)值大致相同。另外，也未觀測到目視之晶圓的顏色變化。
表3

實(shí)施例29～31將LT研磨晶圓置于氫氣以每分鐘約1.5升之速度流通的密閉爐中。于1000℃維持10小時(shí)之后得到T1處理LT晶圓。然后，使LT晶圓與T1處理LT晶圓接觸而交替層迭，置入氫氣以每分鐘約1.5升之速度流通的密閉爐中。于550℃維持6小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫。于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_(dá)30℃以下時(shí)，再將晶圓由爐中取出，得到三片T2處理LT晶圓。接著，將T2處理LT晶圓之中的二片置于已導(dǎo)入大氣的爐內(nèi)，于550℃維持6小時(shí)之后，得到T3處理LT晶圓。然后，使T3處理LT晶圓之中的一片與另一其它T1處理LT晶圓接觸而交替層迭，氫氣以每分鐘約1.5升之速度流通的密閉爐中。于550℃維持6小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫。于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_(dá)30℃以下時(shí)，再將晶圓由爐中取出而得到T2’處理LT晶圓。然后，將T3處理LT晶圓之中的另外一片，置于氫氣以每分鐘約1.5升之速度流通的密閉爐中。于550℃維持6小時(shí)之后，以每分鐘約6.7℃之速度進(jìn)行爐之降溫。于250℃以下，將大氣導(dǎo)入爐內(nèi)，當(dāng)?shù)竭_(dá)30℃以下時(shí)，再將晶圓由爐中取出而得到T2’處理LT晶圓。與相同于該方法所測得的T2處理LT晶圓、T2’處理LT晶圓及T2’處理LT晶圓之導(dǎo)電率、表面電位示于表4。其結(jié)果是，相較于實(shí)施例29之情形，實(shí)施例30及實(shí)施例31之情形的導(dǎo)電率較高，表面電位均為低值。
表4

另外，本發(fā)明并不受限于上述實(shí)施方式。上述的實(shí)施方式是說明例，凡是具有本發(fā)明權(quán)利要求所記載的技術(shù)方案以及實(shí)質(zhì)相同的構(gòu)造，達(dá)到相同作用效果者，均包含于本發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種鉭酸鋰晶體的制造方法，該方法可使該鉭酸鋰晶體導(dǎo)電率增大，其特征在于于低于溫度T1的溫度T2下且在還原性的環(huán)境中，使已在溫度T1下還原處理過之物質(zhì)與鉭酸鋰晶體接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，將溫度T1設(shè)定為700℃以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，于含有氫、一氧化碳、一氧化二氮中任一種氣體或這些氣體中的二種以上構(gòu)成的混合氣體的還原性氣體中，在溫度T1下進(jìn)行還原處理。
4.如權(quán)利要求3所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，于該還原性氣體中添加He、Ne、Ar其它稀有氣體、氮、二氧化碳中的任一種氣體或這些氣體中的二種以上構(gòu)成的混合氣體的環(huán)境中進(jìn)行還原處理。
5.如權(quán)利要求1至4所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，已在溫度T1下進(jìn)行還原處理過之物質(zhì)使用晶體、陶瓷、金屬中的任一種。
6.如權(quán)利要求5所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，該晶體或該陶瓷使用由具有非化學(xué)計(jì)量組成之復(fù)合氧化物所形成的物質(zhì)。
7.如權(quán)利要求5或6所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，該晶體或該陶瓷使用鉭酸鋰或鈮酸鋰。
8.如權(quán)利要求申5所述得鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，該金屬使用貯氫合金。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述得鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，于溫度T2下與已在溫度T1下還原處理過之物質(zhì)相接觸的鉭酸鋰晶體使用已單一極化的晶體。
10.如權(quán)利要求9所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其中該已單一極化的晶體使用切片前階段的晶體。
11.如權(quán)利要求9所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，該已單一極化的晶體使用已進(jìn)行切片處理的晶圓、或已進(jìn)行研磨處理的晶圓。
12.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，該溫度T2設(shè)定為400～600℃。
13.如權(quán)利要求12所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，在溫度T2下進(jìn)行處理之后，于溫度250℃以下將大氣導(dǎo)入。
14.如權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，于氫、一氧化碳、一氧化二氮或其混合氣體所構(gòu)成的還原性氣體中，進(jìn)行于溫度T2下的還原處理。
15.如權(quán)利要求14所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，于該還原性氣體中添加He、Ne、Ar其它稀有氣體及氮、二氧化碳或其混合氣體所構(gòu)成的惰性氣體的環(huán)境中進(jìn)行還原處理。
16.一種鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于至少通過使第一材料與已單一極化的鉭酸鋰晶體相重迭而在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T2’下進(jìn)行熱處理，使該已單一極化的鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高，其中該第一材料含有在還原性環(huán)境和居里點(diǎn)以上的溫度T1’熱處理過的鉭酸鋰或鈮酸鋰，或是貯藏有氫的貯氫金屬。
17.一種鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于將由權(quán)利要求16所述方法得到的鉭酸鋰晶體于大氣中和低于居里點(diǎn)的溫度T3下進(jìn)行熱處理，并通過將該鉭酸鋰晶體與第二材料相重迭，在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T2’下施行熱處理，使該鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高，其中該第二材料含有在還原性環(huán)境和居里點(diǎn)以上的溫度T1’下施行熱處理過的鉭酸鋰或鈮酸鋰，或是貯藏有氫的貯氫金屬。
18.一種鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于將由權(quán)利要求16所述方法得到的鉭酸鋰晶體于大氣中和低于居里點(diǎn)的溫度T3下進(jìn)行熱處理，并通過將該鉭酸鋰晶體在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T2”’下進(jìn)行熱處理，使該鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高。
19.如權(quán)利要求16至18任一項(xiàng)所述得鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，將低于居里點(diǎn)的溫度T2’、T2”、T2”’設(shè)定為400℃以上。
20.如權(quán)利要求16至19任一項(xiàng)所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，該已單一極化的鉭酸鋰晶體使用已進(jìn)行切片處理的晶圓、或已進(jìn)行研磨處理的晶圓。
21.如權(quán)利要求16至20任一項(xiàng)所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，將該第一或第二材料作成由鉭酸鋰或鈮酸鋰所構(gòu)成的陶瓷或晶體。
22.如權(quán)利要求21所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，該鉭酸鋰或鈮酸鋰所構(gòu)成的陶瓷或晶體使用非化學(xué)計(jì)量比的組合物。
23.如權(quán)利要求21或22所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，使用由鉭酸鋰或鈮酸鋰所構(gòu)成的晶體之已進(jìn)行切片處理的晶圓、或已進(jìn)行研磨處理的晶圓作為該第一或第二材料。
24.如權(quán)利要求16至23任一項(xiàng)所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，在T2’、T2”、T2”’下進(jìn)行熱處理后，于250℃以下的溫度下將該鉭酸鋰晶體曝露于大氣中。
25.如權(quán)利要求16至24任一項(xiàng)所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，在該溫度T1’、T1”、T2’、T2”、T2”’下進(jìn)行熱處理的還原性氣體含有由氫、一氧化碳、一氧化二氮中至少一種所構(gòu)成的還原性氣體。
26.如權(quán)利要求25所述的鉭酸鋰晶體的制造方法，其特征在于，于該還原性氣體中，添加稀有氣體、氮、二氧化碳中至少一種所構(gòu)成的添加氣體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種鉭酸鋰晶體的制造方法，該方法為至少將第一材料與已單一極化的鉭酸鋰晶體相重迭而在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T2’下進(jìn)行熱處理，使該已單一極化的鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率提高，其中該第一材料含有在還原性環(huán)境和低于居里點(diǎn)的溫度T1’下熱處理過的鉭酸鋰或鈮酸鋰，或是貯藏氫的貯氫金屬。因此，通過提高鉭酸鋰晶體的導(dǎo)電率，使已產(chǎn)生的表面電荷不產(chǎn)生聚集現(xiàn)象，從而可使由于對(duì)碳酸鋰晶體施加溫度而產(chǎn)生的表面電荷消失，同時(shí)，能夠維持單一極化構(gòu)造而發(fā)揮有效的壓電性。
文檔編號(hào)H01L41/24GK1754014SQ20048000513
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2004年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者鹽野嘉幸 申請(qǐng)人:信越化學(xué)工業(yè)株式會(huì)社