專利名稱：靶結(jié)構(gòu)和靶保持裝置的制作方法
革巴結(jié)構(gòu)和耙保持裝置技術(shù)領(lǐng)域本申請(qǐng)涉及通過(guò)使用低熔點(diǎn)材料來(lái)濺射(sputter)的膜 沉積用耙(target)結(jié)構(gòu)；靶保持結(jié)構(gòu)；以及使用該靶結(jié)構(gòu)和靶 保持結(jié)構(gòu)的濺射裝置和鎵沉積物制備方法。
背景技術(shù)：
如氮化鎵(GaN)等m族(現(xiàn)在歸類為XIII族)氮化物基 化合物半導(dǎo)體是直接帶隙半導(dǎo)體，該直接帶隙半導(dǎo)體在形成例 如發(fā)光器件時(shí)呈現(xiàn)從紫外到紅色的寬范圍的發(fā)射光譜。該化合 物半導(dǎo)體被應(yīng)用于包括發(fā)光二極管(LEI))和激光二極管(LD)的發(fā)光器件。由于該類型的化合物半導(dǎo)體具有寬帶隙，因而可以預(yù)期使 用該化合物半導(dǎo)體的器件比使用其它半導(dǎo)體的器件可在更高的溫度下穩(wěn)定地工作。因此，加強(qiáng)了將m族(現(xiàn)在為xni族)氮化物基化合物半導(dǎo)體應(yīng)用于如F E T等晶體管的開(kāi)發(fā)。目前，正在試—驗(yàn)通過(guò)4吏用如反應(yīng)濺射工藝等物理氣相沉積工藝來(lái)批量生產(chǎn)III族(現(xiàn)在為XIII族)氮化物基化合物半導(dǎo)體的方法，這是因?yàn)楫?dāng)通過(guò)例如鎵等輩巴材和氮?dú)庵g的化學(xué)反應(yīng)形成氮化物時(shí)，該工藝在膜組成的再現(xiàn)性和膜厚控制的容易性方面優(yōu)異，等等。然而，由于鎵的熔點(diǎn)低至29.8。C ，因此，反應(yīng)賊射工藝一般要求通過(guò)使用例如致冷裝置(chiller)將保持靶的背板冷卻到20°C以下，以將形成靶材的鎵保持在固態(tài)。為了使作為靶的鎵保持在其固態(tài)，已提出一種包括高導(dǎo)熱性培養(yǎng)皿的鎵耙，該培養(yǎng)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?qū)щ姴牧希?用來(lái)將鎵收容在培養(yǎng)皿中(日本特開(kāi)平11-172424號(hào)公報(bào))。在通過(guò)濺射工藝的膜沉積中，工業(yè)上要求提高輸入的電功 率(例如，對(duì)于6英寸直徑大小的靶，輸入的電功率不小于lkW ), 以提高膜沉積速率，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)率的提高。然而，對(duì)于至今為止提出的任何一個(gè)鎵靶，對(duì)于6英寸直徑 大小的耙，即使當(dāng)使用致冷裝置等將靶的背板冷卻到-2 0 °C時(shí)， 輸入的例如不小于200W的高頻(RF)電功率也將導(dǎo)致鎵輩巴在 濺射期間開(kāi)始部分熔化。輸入5 0 0 W的RF電功率將導(dǎo)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(chǎn)生不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)上要求的如此高的膜沉積速率的問(wèn)題。也就是說(shuō)，現(xiàn)實(shí)是為了使鎵靶保持在固態(tài)，必須通過(guò)降 低膜沉積速率來(lái)犧牲生產(chǎn)率。除了 GaN之夕卜，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(guò)濺射形成該膜時(shí)，銦鎵 合金或鋁鎵合金用于靶。這些材料也具有低熔點(diǎn)，因而具有與 鎵同樣的問(wèn)題?？紤]到上述問(wèn)題，已經(jīng)作出本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的 是提供靶結(jié)構(gòu)，該靶結(jié)構(gòu)使得即使在通過(guò)增加輸入的電功率 來(lái)增加膜沉積速率時(shí)也能實(shí)現(xiàn)熔化狀態(tài)下的鎵或含鎵材料的賊 射；以及包括該靶結(jié)構(gòu)的濺射裝置。特別地，本發(fā)明的目的是提供濺射裝置，即使當(dāng)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(tài)時(shí)，該濺射裝置也能夠以高生產(chǎn)率沉積高品質(zhì)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(guò)彈回(repel) 靶材而露出的表面的濺射所帶來(lái)的異物；以及用于該濺射裝置 的靶,，
發(fā)明內(nèi)容為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出一種靶結(jié)構(gòu)，該靶結(jié)構(gòu)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(tài)下的鎵或含鎵材料成不 大于3()°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(nèi)部限定的角 度。當(dāng)液體潤(rùn)濕固體(即，液體具有大的附著力)時(shí)，接觸角 是銳角，而當(dāng)液體不能潤(rùn)濕固體時(shí)，接觸角是鈍角(參見(jiàn)"Iwanami，s Dictionary of Physics and Chemistry", 1983年版, 第727頁(yè)，左欄)。在本文中，"接觸角"被定義為在l大氣壓(atm) 的壓強(qiáng)下在耙材的熔化溫度(即，熔點(diǎn))時(shí)形成的接觸角。 薄膜優(yōu)選從含碳的薄膜中選擇。在本發(fā)明的實(shí)施方式中，含碳的薄膜是金剛石狀碳的薄膜。 在本發(fā)明的上述靶中，保持部可由銅形成。 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提出具有根據(jù)本發(fā)明的上述 輩巴結(jié)構(gòu)的'踐射裝置。根據(jù)本發(fā)明的靶結(jié)構(gòu)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(tài)下的鎵或含鎵材料成不大于30。的接觸角。該結(jié)構(gòu)能夠抑 制保持部的金屬材料在濺射期間露出。可采用金剛石狀碳薄膜作為與熔化狀態(tài)下的鎵或含鎵材料 成不大于30。的接觸角的薄膜。金剛石狀碳是具有與形成保持 部的金屬材料的優(yōu)異附著性、高導(dǎo)熱性、由于其硬度和密度而 難以賊射的性質(zhì)以及與鎵或含鎵材料的良好的潤(rùn)濕性的材料。
結(jié)果，根據(jù)本發(fā)明的靶結(jié)構(gòu)使得對(duì)于6英寸直徑大小的靶材，能夠在不小于lkW的高輸入電功率條件下濺射鎵或含鎵材料，從而使得可以增大膜沉積速率并且提高生產(chǎn)率。即使當(dāng)鎵或含鎵材料從其表面開(kāi)始熔化時(shí)，由于在保持部 的形成與鎵或含鎵材料的界面的表面上形成的薄膜與熔化狀態(tài)下的鎵或含鎵材料成不大于30。的接觸角，因此，該薄膜能夠 防止金屬材料制的保持部的表面露出，從而使得可沉積未混入 異物的優(yōu)良品質(zhì)的濺射膜。通過(guò)使用本發(fā)明的靶結(jié)構(gòu)，根據(jù)本發(fā)明的濺射裝置能夠增 大膜沉積速率，提高生產(chǎn)率以及沉積未混入異物的優(yōu)良品質(zhì)的 賊射膜。


圖1A是圖解根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)典型鎵靶結(jié)構(gòu)的剖面圖。 圖1 B是圖解根據(jù)本發(fā)明的典型鎵靶結(jié)構(gòu)的放大的局部剖面圖。圖2是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的 一 個(gè)典型濺射裝置的構(gòu)造的圖。
具體實(shí)施方式
在下文中，將參考

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。 圖1是示出被置于圖2所示的濺射裝置20的室23中的鎵耙 (靶結(jié)構(gòu))1的放大圖。具體地，圖1A是鎵靶1的放大剖面圖， 圖1B是圖1A所示的鎵靶1的一部分的放大的局部圖。根據(jù)本發(fā)明的鎵靶結(jié)構(gòu)1包括由金屬材料形成的保持部3和 置于保持部3上的鎵2。在所示的實(shí)施方式中，保持部3的內(nèi)表面 涂覆有作為薄膜的金剛石狀(diamond-like)碳5。在圖]所示的實(shí)施方式中，保持部3由銅形成并且在俯視圖中基本為圓盤狀。在圖l中，保持部3在其上側(cè)具有環(huán)狀凸條部 (ridgc),并且在環(huán)狀凸條部的內(nèi)側(cè)限定凹部4。鎵2被保持在 凹部4中，以形成才艮據(jù)本發(fā)明的4家靶結(jié)構(gòu)1。保持部3具有涂覆有金《 'j石狀碳5的與鎵2的界面。在所示的 實(shí)施方式中，環(huán)狀凸條部的作為凹部4的內(nèi)周面的內(nèi)壁面3a以及 凹部4的內(nèi)底面4a涂覆有金剛石狀碳5。在形成在保持部3的形成與鎵2的界面的表面上、并且與熔 化狀態(tài)下的鎵成不大于30。的接觸角的薄膜(即所示實(shí)施方式 中的金剛石狀碳5 )形成在鎵2和保持部3之間的界面處的狀態(tài) 下，該薄膜形成為不使該薄膜剝離從而露出保持部3并且不妨礙 鎵2的冷卻效果的厚度。薄膜可形成為例如0.5pm至5(am的厚度。 可通過(guò)利用例如空心陰極;故電(HCD)的膜沉積方法來(lái)沉積該金剛石狀碳薄 月旲。 '盡管根據(jù)本實(shí)施例由銅形成保持部3，但可使用如不銹鋼 (SUS 304 )等其它金屬材料來(lái)形成保持部3?？紤]到本發(fā)明的 目的，可期望如本實(shí)施方式中所用的銅等具有高導(dǎo)熱性的材料。使用該鎵靶結(jié)構(gòu)1構(gòu)造圖2所示的濺射裝置2 0 。圖2所示的賊射裝置20是磁控賊射裝置，該磁控賊射裝置包 括室23,抽真空系統(tǒng)21和氣體導(dǎo)入系統(tǒng)22^皮連接到該室23; 圖l所示的鎵靶l(wèi)，其位于室23的下部中；以及基底保持件24, 其位于室23的上部中，鎵靶1和基底保持件24在室23內(nèi)彼此相 對(duì)。當(dāng)從氣體導(dǎo)入系統(tǒng)22導(dǎo)入放電用惰性氣體時(shí)，濺射成為可 能。當(dāng)從氣體導(dǎo)入系統(tǒng)22導(dǎo)入如氮?dú)饣蛘叩獨(dú)夂投栊詺怏w的混 合氣體等氣體時(shí)，反應(yīng)濺射成為可能?？梢杂删哂泄├鋮s劑流過(guò)的管道的外部冷卻裝置2 5來(lái)有效 地冷卻鎵靶結(jié)構(gòu)1 。
鎵耙結(jié)構(gòu)1被連接到RF電源(13.56MHz) 27。在鎵靶結(jié)構(gòu)l 的背面?zhèn)仍O(shè)置磁體組件，該磁體組件能夠在鎵靶結(jié)構(gòu)1的上方形 成預(yù)定的磁場(chǎng)，以使磁控賊射成為可能。其上將沉積膜的基底 2 8被安裝到基底保持件2 4的面對(duì)鎵靶結(jié)構(gòu)1的 一 側(cè)。根據(jù)如此構(gòu)造的賊射裝置2 0,具有高導(dǎo)熱性的金剛石狀碳5 的膜形成在鎵2和保持鎵2的金屬材料制的保持部3相互接觸的 界面處，該鎵2和保持鎵2的金屬材料制的保持部3形成鎵靶結(jié)構(gòu)有高導(dǎo)熱性的金屬材料形成的保持部3，因此，可以充分地冷卻鎵2。因此，可以增大用于濺射的電功率，提高膜沉積速率，并 且以高生產(chǎn)率沉積鎵化合物的薄膜。也就是說(shuō)，即使當(dāng)鎵2開(kāi)始熔化時(shí)，鎵2和金剛石狀碳5之間 的良好的潤(rùn)濕性也可防止銅制的保持部3露出。因此，可防止異 物混入鎵化合物薄膜內(nèi)，從而沉積高品質(zhì)的膜。與熔化狀態(tài)下的鎵成不大于30。的接觸角的薄膜，可以減小賊 射期間保持部的金屬材料露出的可能性。當(dāng)形成在保持部3的形 成與鎵2的界面的表面上的薄膜與熔化狀態(tài)下的鎵成大于30。 的接觸角時(shí)，在濺射期間保持部的金屬材料露出，這導(dǎo)致保持 部的金屬材料混入由具有本發(fā)明的鎵耙的賊射裝置沉積的薄膜中的可能性增大。因此，該接觸角不是優(yōu)選的。根據(jù)本發(fā)明的靶保持結(jié)構(gòu)也適用于使用如鋁鎵、銦鎵、磷化鎵以及砷化鎵等含鎵材料的情況。對(duì)于除含鎵材料以外的在熔化狀態(tài)時(shí)與薄膜的材料成小的接觸角的任何材料，使用根據(jù)本發(fā)明的靶保持結(jié)構(gòu)使得可以防止混入保持結(jié)構(gòu)的材料。比4交例 采用TiN和A1N作為均與熔化狀態(tài)下的鎵成大于30°的接 觸角的材料。由濺射工藝使以圖1中示出的形式的銅制的保持部 3的表面分別涂覆TiN和AlN。用如圖l所示的鎵填充保持部3， 以提供作為比較例的兩個(gè)鎵靶結(jié)構(gòu)。由利用作為比較例的每一個(gè)鎵靶結(jié)構(gòu)由圖2所示的上述；茲 控濺射裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)鎵濺射。結(jié)果，涂覆有TiN的靶結(jié)構(gòu)使得熔化的鎵在膜沉積的途中 彈回，從而露出保持部3。同涂覆有TiN的靶結(jié)構(gòu)一樣，涂覆有A1N的靶結(jié)構(gòu)使得熔化 的鎵在膜沉積的途中彈回。另外，保持部3的顏色變?yōu)榫G色。可 想到該顏色變化是由A1N的A1的化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致的。已經(jīng)說(shuō)明了基本的磁控濺射裝置作為根據(jù)本發(fā)明的濺射裝 置的實(shí)施方式。根據(jù)本發(fā)明的濺射裝置不限于該磁控濺射裝置， 而可以是使用置于其中的上述鎵靶結(jié)構(gòu)1的任何其它類型的濺 射裝置。這些濺射裝置也可提供如上所述的相同優(yōu)點(diǎn)。相關(guān)申請(qǐng)的橫向參考本申請(qǐng)還要求于2007年9月25日提交的日本專利申請(qǐng) No.2007-247523的優(yōu)先權(quán)，該日本專利申i青的全部?jī)?nèi)容通過(guò)引 用包含于此。
權(quán)利要求
1. 一種靶結(jié)構(gòu)，其包括靶保持部，其由金屬材料形成；和鎵或含鎵靶材，其被置于所述靶保持部上，其中，在所述靶保持部的形成與所述鎵或含鎵靶材的界面的表面上形成有薄膜，該薄膜與熔化狀態(tài)下的所述鎵或含鎵靶材成不大于30°的接觸角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靶結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述薄膜 包含碳。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的靶結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含碳的 所述薄膜是金剛石狀碳的薄膜。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的靶結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述保持 部由銅形成。
5. —種包括權(quán)利要求l所述的靶結(jié)構(gòu)的濺射裝置。
6. —種靶保持結(jié)構(gòu)，其包括 保持部，其用于保持靶材；和覆膜，其形成在所述保持部的表面上，其中，的接觸角的材料形成。
7. —種耙保持結(jié)構(gòu)，其包括 保持部，其用于保持靶材；和覆膜，其包括金剛石狀碳并且形成在所述保持部的表面上。
8. —種制備鎵沉積物的方法，其包括使用權(quán)利要求l所述 的耙結(jié)構(gòu)由濺射工藝來(lái)沉積鎵或含鎵膜的步驟。
9. 一種制備鎵沉積物的方法，其包括使用權(quán)利要求6所述 的靶保持結(jié)構(gòu)由濺射工藝來(lái)沉積鎵或含鎵膜的步驟。
10. —種制備鎵沉積物的方法，其包括使用權(quán).禾'j要求7所述 的靶保持結(jié)構(gòu)由濺射工藝來(lái)沉積鎵或含鎵膜的步驟。
全文摘要
靶結(jié)構(gòu)和靶保持裝置。提供一種靶結(jié)構(gòu)，該靶結(jié)構(gòu)使得即使當(dāng)增大輸入電功率來(lái)增大膜沉積速率時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)熔化狀態(tài)下的鎵或含鎵材料的濺射。還提供一種包括該靶結(jié)構(gòu)的濺射裝置。該靶結(jié)構(gòu)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(tài)下的鎵或含鎵材料成不大于30°的接觸角。該濺射裝置包括該靶結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)C23C14/06GK101397650SQ200810149389
公開(kāi)日2009年4月1日 申請(qǐng)日期2008年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月25日
發(fā)明者石橋啟次, 醍醐佳明 申請(qǐng)人:佳能安內(nèi)華股份有限公司