[發明專利]靶結構和靶保持裝置

有效

• 申請號: 200810149389.0
• 申請日: 2008-09-25
• 公開（公告）號: CN101397650A
• 公開（公告）日: 2009-04-01
• 發明（設計）人: 石橋啟次;醍醐佳明
• 申請（專利權）人: 佳能安內華股份有限公司
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/06
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所
• 代理人: 劉新宇;張會華

技術領域

本申請涉及：通過使用低熔點材料來濺射(sputter)的膜沉積用靶(target)結構；靶保持結構；以及使用該靶結構和靶保持結構的濺射裝置和鎵沉積物制備方法。

背景技術

如氮化鎵(GaN)等III族(現在歸類為XIII族)氮化物基化合物半導體是直接帶隙半導體，該直接帶隙半導體在形成例如發光器件時呈現從紫外到紅色的寬范圍的發射光譜。該化合物半導體被應用于包括發光二極管(LED)和激光二極管(LD)的發光器件。

由于該類型的化合物半導體具有寬帶隙，因而可以預期使用該化合物半導體的器件比使用其它半導體的器件可在更高的溫度下穩定地工作。因此，加強了將III族(現在為XIII族)氮化物基化合物半導體應用于如FET等晶體管的開發。

目前，正在試驗通過使用如反應濺射工藝等物理氣相沉積工藝來批量生產III族(現在為XIII族)氮化物基化合物半導體的方法，這是因為當通過例如鎵等靶材和氮氣之間的化學反應形成氮化物時，該工藝在膜組成的再現性和膜厚控制的容易性方面優異，等等。

然而，由于鎵的熔點低至29.8℃，因此，反應濺射工藝一般要求通過使用例如致冷裝置(chiller)將保持靶的背板冷卻到20℃以下，以將形成靶材的鎵保持在固態。

為了使作為靶的鎵保持在其固態，已提出一種包括高導熱性培養皿的鎵靶，該培養皿包括利用如銦等接合材料被固定到銅或不銹鋼(SUS?304)制的背板上的絕緣材料或導電材料，用來將鎵收容在培養皿中(日本特開平11-172424號公報)。

在通過濺射工藝的膜沉積中，工業上要求提高輸入的電功率(例如，對于6英寸直徑大小的靶，輸入的電功率不小于1kW)，以提高膜沉積速率，從而實現生產率的提高。

然而，對于至今為止提出的任何一個鎵靶，對于6英寸直徑大小的靶，即使當使用致冷裝置等將靶的背板冷卻到-20℃時，輸入的例如不小于200W的高頻(RF)電功率也將導致鎵靶在濺射期間開始部分熔化。輸入500W的RF電功率將導致鎵靶完全熔化。因此，必須限制輸入的電功率以防止鎵從其表面熔化，從而產生不能實現工業上要求的如此高的膜沉積速率的問題。

也就是說，現實是：為了使鎵靶保持在固態，必須通過降低膜沉積速率來犧牲生產率。

除了GaN之外，堆疊氮化銦鎵(InGaN)和氮化鋁鎵(AlGaN)膜，以制造如LED或LD等器件。在通過濺射形成該膜時，銦鎵合金或鋁鎵合金用于靶。這些材料也具有低熔點，因而具有與鎵同樣的問題。

考慮到上述問題，已經作出本發明。因此，本發明的目的是提供：靶結構，該靶結構使得即使在通過增加輸入的電功率來增加膜沉積速率時也能實現熔化狀態下的鎵或含鎵材料的濺射；以及包括該靶結構的濺射裝置。

特別地，本發明的目的是提供：濺射裝置，即使當為了增加膜沉積速率而增大輸入的電功率使得鎵或含鎵靶材變成熔化狀態時，該濺射裝置也能夠以高生產率沉積高品質的鎵或含鎵濺射膜，該膜中不包含由保持靶材的裝置的通過彈回(repel)靶材而露出的表面的濺射所帶來的異物；以及用于該濺射裝置的靶。

發明內容

為了實現上述目的，本發明提出一種靶結構，該靶結構包括：保持部，其由金屬材料形成；以及鎵或含鎵材料，其被置于保持部上，其中，在保持部的形成與鎵或含鎵材料的界面的表面上形成有薄膜，該薄膜與熔化狀態下的鎵或含鎵材料成不大于30°的接觸角。

“接觸角”是在靜止液體的自由表面接觸固體壁的位置處在液體表面和固體表面之間形成的并且在液體內部限定的角度。當液體潤濕固體(即，液體具有大的附著力)時，接觸角是銳角，而當液體不能潤濕固體時，接觸角是鈍角(參見“Iwanami’s?Dictionary?of?Physics?and?Chemistry”，1983年版，第727頁，左欄)。在本文中，“接觸角”被定義為在1大氣壓(atm)的壓強下在靶材的熔化溫度(即，熔點)時形成的接觸角。

薄膜優選從含碳的薄膜中選擇。

在本發明的實施方式中，含碳的薄膜是金剛石狀碳的薄膜。

在本發明的上述靶中，保持部可由銅形成。

為了實現上述目的，本發明還提出具有根據本發明的上述靶結構的濺射裝置。

根據本發明的靶結構包括：保持部，其由金屬材料形成；以及鎵或含鎵材料，其被置于保持部上，其中，在保持部的形成與鎵或含鎵材料的界面的表面上形成有薄膜，該薄膜與熔化狀態下的鎵或含鎵材料成不大于30°的接觸角。該結構能夠抑制保持部的金屬材料在濺射期間露出。