[發明專利]用于人造石英晶體的ST切型和AT切型定向籽晶體及其制造方法

無效

• 申請號: 96192030.0
• 申請日: 1996-10-09
• 公開（公告）號: CN1175985A
• 公開（公告）日: 1998-03-11
• 發明（設計）人: 約瑟夫F·巴拉西奧;蒂恩T·努因;戴維J·韋利;西奧多E·林德
• 申請（專利權）人: 摩托羅拉公司
• 主分類號: C30B29/18
• 分類號: C30B29/18;C30B7/00;C30B7/10
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王以平

定向籽晶體及其制造方法

本發明一般涉及人造單晶，特別涉及用于人造石英晶體的ST切型和AT切型定向的籽晶體及其制造方法。

壓電晶片已用作無線電通信裝置的頻率控制元件數十年了。一般來說分立的壓電晶片由較大的單晶壓電棒制造，這種單晶棒是在高壓釜中人工生長的。生長壓電棒的一般方法已為人熟知，一般有在高溫和高壓下將籽晶暴露于含一定量如氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉或氫氧化鈉等可溶堿性化合物的溶液中的方法。該溶液保持與硅石供應料接觸，以使含硅石的溶液變得過飽和。硅石通過溶液或液體從供應料中轉移到石英籽晶上，從而生長晶體。另外，人們還成功地利用了其它方法生長晶體，這些方法中，籽晶暴露于其它合適的促使晶體在籽晶上生長的預定化學和物理的環境中，以生產壓電晶體材料棒，進而由該壓電晶體棒制造分立的晶體元件。

本領域的普通技術人員皆了解，石英是一種初次生長沿一個方向延伸的晶體之一，對于石英來說該方向為Z晶軸。充分生長的石英晶體其端點之間一般是由六個面邊界限定的長棱柱，這一組六個面稱為主面(primaryfaces)，它們在晶體的自然延長方向或Z軸方向延伸。通常，晶體的每個端部終止于三個相交的面，這三個面稱為大菱面(major?rhombohedralfaces)，它們在晶體端部構成錐形的端帽。另外，大菱面和主面之間還分布有小菱面(minor?rhombohedral?faces)。它們是面積較小的附加面，對于理解本發明來說它們并不重要。

在石英棒上各個面的生長速率極為不同。通常，人工生長棒時，Z方向生長最快，然后是X方向，再就是小菱面、大菱面，最后是主面。該生長速率的差異成為石英晶體棒生長應首先考慮的問題?，F有技術的方法由垂直于Z軸或平行于小菱面的籽晶生長晶棒，期望較快的生長可獲得較廉價產品。然而，這其中未考慮到如廢料和工廠的生產能力等其它有關因素。關于普通晶片的角度，如用于體聲波器件的AT切型晶片和用于表面聲波器件的ST切型晶片，應著重注意的是處理時的廢料量。

制造石英棒的一個重要目標是從工廠獲得最大產量。這可以通過增加產量和增大現有生產能力的利用率來實現。解決該問題的一個方法是盡可能快地生長晶體棒。然而，這就無法考慮廢料和生產能力的問題。另一方法是增大所生產晶片的尺寸，從而增加每根晶棒能用于器件的量。然而，這會導致高壓釜較長時期地運行，更廢料，而且需要在高壓釜有更大的生長空間。再一方法是增加工廠中高壓釜的數量，但這會導致嚴重的成本問題。

對于生產ST切型和AT切型石英晶體有一種要求，即在現有條件下通過更有效地利用材料和設備并減少廢料更快地生產晶棒。關于此，還要求提供有效地再生用于連續處理的籽晶體且不降低生產能力的技術。另外，希望由單晶提供盡可能大的晶片，這些晶片中不能含浪費的中間籽晶部分。

圖1是理想的天然左旋石英單晶的透視圖；

圖2a是根據本發明的ST切型晶體定向籽晶體和隨后由該籽晶體生產的石英晶棒的剖面圖；

圖2b和2c分別是根據本發明的ST切型籽晶體和隨后由之生產的石英晶棒的頂視圖；

圖3a是根據本發明的AT切型晶體定向籽晶體和隨后由該籽晶體生產的石英晶棒的剖面圖；

圖3b和3c分別是根據本發明的AT切型籽晶體和隨后由之生產的石英晶棒的頂視圖；

圖4a、4b、和4c分別是根據本發明按純Z型、ST切型和R面型構形生長的石英晶棒，每個晶棒皆示出了由之生產的數片晶片的位置。

圖5是根據本發明由ST切型和AT切型籽晶體生產石英晶棒的方法的框圖。

本發明對生產ST切型和AT切型石英晶片的方法做了極大的改進，能夠在不存在廢料的中間籽晶部分的條件下生產大晶片。所用技術產生了令人吃驚和預料不到的效果，即，使可用于壓電元件的石英材料的產量獲得了極大地提高，有關一個石英晶體生產周期所需時間及生長這種晶體的高壓釜生產能力的利用率也有了極大進展。而且，由于每根所生產的晶棒皆可以回收高達三根用于隨后生產中的可用籽晶體，所以本發明不再需要生產用于制造新籽晶體的單獨晶棒。

當由Z向生長的晶體(由Y棒型籽晶體)或由小菱面晶體(r面型籽晶體)制造如ST切型和AT切型等定向晶片時，盡管晶棒生長較快，但由于這些種類的晶體占據高壓釜的空間較大，且只能生產少量可用晶片，所以致使生產較廢料且產量較低。用這種晶體的另一局限是由r面和Y棒型籽晶體生長的晶體上大菱面的生長速率很快。這使得晶體兩端部形成錐形，減小了總的晶體生長速率。另外，錐形導致了晶棒的很大部分不能用于制造令人滿意尺寸的晶片。