[发明专利]靶结构和靶保持装置

说明书

技术领域

本申请涉及：通过使用低熔点材料来溅射(sputter)的膜沉积用靶(target)结构；靶保持结构；以及使用该靶结构和靶保持结构的溅射装置和镓沉积物制备方法。

背景技术

如氮化镓(GaN)等III族(现在归类为XIII族)氮化物基化合物半导体是直接带隙半导体，该直接带隙半导体在形成例如发光器件时呈现从紫外到红色的宽范围的发射光谱。该化合物半导体被应用于包括发光二极管(LED)和激光二极管(LD)的发光器件。

由于该类型的化合物半导体具有宽带隙，因而可以预期使用该化合物半导体的器件比使用其它半导体的器件可在更高的温度下稳定地工作。因此，加强了将III族(现在为XIII族)氮化物基化合物半导体应用于如FET等晶体管的开发。

目前，正在试验通过使用如反应溅射工艺等物理气相沉积工艺来批量生产III族(现在为XIII族)氮化物基化合物半导体的方法，这是因为当通过例如镓等靶材和氮气之间的化学反应形成氮化物时，该工艺在膜组成的再现性和膜厚控制的容易性方面优异，等等。

然而，由于镓的熔点低至29.8℃，因此，反应溅射工艺一般要求通过使用例如致冷装置(chiller)将保持靶的背板冷却到20℃以下，以将形成靶材的镓保持在固态。

为了使作为靶的镓保持在其固态，已提出一种包括高导热性培养皿的镓靶，该培养皿包括利用如铟等接合材料被固定到铜或不锈钢(SUS 304)制的背板上的绝缘材料或导电材料，用来将镓收容在培养皿中(日本特开平11-172424号公报)。

在通过溅射工艺的膜沉积中，工业上要求提高输入的电功率(例如，对于6英寸直径大小的靶，输入的电功率不小于1kW)，以提高膜沉积速率，从而实现生产率的提高。

然而，对于至今为止提出的任何一个镓靶，对于6英寸直径大小的靶，即使当使用致冷装置等将靶的背板冷却到-20℃时，输入的例如不小于200W的高频(RF)电功率也将导致镓靶在溅射期间开始部分熔化。输入500W的RF电功率将导致镓靶完全熔化。因此，必须限制输入的电功率以防止镓从其表面熔化，从而产生不能实现工业上要求的如此高的膜沉积速率的问题。

也就是说，现实是：为了使镓靶保持在固态，必须通过降低膜沉积速率来牺牲生产率。

除了GaN之外，堆叠氮化铟镓(InGaN)和氮化铝镓(AlGaN)膜，以制造如LED或LD等器件。在通过溅射形成该膜时，铟镓合金或铝镓合金用于靶。这些材料也具有低熔点，因而具有与镓同样的问题。

考虑到上述问题，已经作出本发明。因此，本发明的目的是提供：靶结构，该靶结构使得即使在通过增加输入的电功率来增加膜沉积速率时也能实现熔化状态下的镓或含镓材料的溅射；以及包括该靶结构的溅射装置。

特别地，本发明的目的是提供：溅射装置，即使当为了增加膜沉积速率而增大输入的电功率使得镓或含镓靶材变成熔化状态时，该溅射装置也能够以高生产率沉积高品质的镓或含镓溅射膜，该膜中不包含由保持靶材的装置的通过弹回(repel)靶材而露出的表面的溅射所带来的异物；以及用于该溅射装置的靶。

发明内容

为了实现上述目的，本发明提出一种靶结构，该靶结构包括：保持部，其由金属材料形成；以及镓或含镓材料，其被置于保持部上，其中，在保持部的形成与镓或含镓材料的界面的表面上形成有薄膜，该薄膜与熔化状态下的镓或含镓材料成不大于30°的接触角。

“接触角”是在静止液体的自由表面接触固体壁的位置处在液体表面和固体表面之间形成的并且在液体内部限定的角度。当液体润湿固体(即，液体具有大的附着力)时，接触角是锐角，而当液体不能润湿固体时，接触角是钝角(参见“Iwanami’s Dictionary of Physics and Chemistry”，1983年版，第727页，左栏)。在本文中，“接触角”被定义为在1大气压(atm)的压强下在靶材的熔化温度(即，熔点)时形成的接触角。

薄膜优选从含碳的薄膜中选择。

在本发明的实施方式中，含碳的薄膜是金刚石状碳的薄膜。

在本发明的上述靶中，保持部可由铜形成。

为了实现上述目的，本发明还提出具有根据本发明的上述靶结构的溅射装置。

根据本发明的靶结构包括：保持部，其由金属材料形成；以及镓或含镓材料，其被置于保持部上，其中，在保持部的形成与镓或含镓材料的界面的表面上形成有薄膜，该薄膜与熔化状态下的镓或含镓材料成不大于30°的接触角。该结构能够抑制保持部的金属材料在溅射期间露出。