特開 2023-145291 ターゲットトレイ、スパッタ成膜装置および成膜方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023145291

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】ターゲットトレイ、スパッタ成膜装置および成膜方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 14/34 20060101AFI20231003BHJP

   H01L 21/203 20060101ALI20231003BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

C23C14/34 C

C23C14/34 L

C23C14/34 A

H01L21/203 S

H01L21/205

【審査請求】未請求

【請求項の数】16

【出願形態】書面

(21)【出願番号】P 2022066614

(22)【出願日】2022-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】521257673

【氏名又は名称】株式会社ＴＡＫ薄膜デバイス研究所

(74)【代理人】

【識別番号】597125863

【氏名又は名称】株式会社ケミトロニクス

(71)【出願人】

【識別番号】597125863

【氏名又は名称】株式会社ケミトロニクス

(72)【発明者】

【氏名】藤井 隆満

(72)【発明者】

【氏名】本間 康之

【テーマコード（参考）】

4K029

5F045

5F103

【Ｆターム（参考）】

4K029AA04

4K029AA06

4K029AA09

4K029BA43

4K029BA58

4K029BB02

4K029BD01

4K029CA06

4K029DA03

4K029DA08

4K029DC03

4K029DC05

4K029DC15

4K029DC16

4K029DC21

4K029DC34

4K029DC40

4K029DC45

5F045AA19

5F045AB14

5F045AB40

5F045AC11

5F045AC15

5F045AE01

5F045BB08

5F045DQ08

5F045DQ10

5F103AA08

5F103BB02

5F103BB08

5F103BB22

5F103BB27

5F103DD30

5F103GG02

5F103NN01

5F103NN06

5F103RR10

(57)【要約】

【課題】液体金属ガリウムをターゲットとして用いたスパッタ成膜において、再現性の高い成膜を実現する。
【解決手段】液体金属ガリウムをターゲットとして用いてスパッタを行う成膜装置において、液体金属ガリウムを収容するターゲットトレイを設置するターゲット設置部と、液体金属ガリウムを３０℃以上に保持する温度保持機構と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

液体金属ガリウムをターゲットとして用いてスパッタを行う成膜装置であって、
前記液体金属ガリウムを収容するターゲットトレイと、
前記ターゲットトレイを設置するターゲット設置部と、
前記液体金属ガリウムを３０℃以上に保持する温度保持機構と、
反応性スパッタのためのガス導入機構を、
備えた成膜装置。

【請求項2】

前記温度保持機構が、前記ターゲット設置部に備えられた、３０℃以上の熱媒体を循環させる媒体循環機構である、請求項１に記載の成膜装置。

【請求項3】

前記のターゲット設置部に設置した前記ターゲットトレイ内に収容された前記液体金属ガリウムを搖動する搖動機構を備えた、請求項１または２に記載の成膜装置。

【請求項4】

前記ターゲット上に磁界を発生させる磁場発生用磁石を前記ターゲット設置部に設けてマグネトロンスパッタ成膜装置を構成し、
更に、前記磁場発生用磁石を回転させる回転機構を設け、
前記ターゲットトレイに収容された前記液体金属ガリウム中に磁性体または磁石を挿入し、前記磁場発生用磁石の回転に伴い前記磁性体または前記磁石を、前記液体金属ガリウム中で移動させることによって、前記液体金属ガリウムを撹拌する、「磁気撹拌機構」を備えた、請求項１～３の何れか１項に記載の成膜装置。

【請求項5】

前記ターゲットトレイ内に磁界を発生させる磁場発生用磁石を前記のターゲット設置部に設け、
前記ターゲットトレイに収容された前記液体金属ガリウム中に磁性体又は磁石を挿入し、前記磁場発生用磁石を回転させることにより前記磁性体または前記磁石を前記液体金属ガリウム中で移動させて前記液体金属ガリウムを撹拌する「磁気撹拌機構」を備えた、請求項１～３の何れか１項に記載の成膜装置。

【請求項6】

前記のターゲットトレイは、前記液体ガリウム（第１ターゲット）と、第２ターゲットとによる共スパッタをするためのターゲットトレイであって、
前記の第２ターゲットは、液体金属ガリウム以外の金属、金属の酸化物、金属の窒化物、又は、半導体に対するドーパント元素を含む材料のいずれかであり、いずれも融点が３０℃以上である材料であって、
前記ターゲットトレイの底面又は側壁内面の任意位置に、前記の第２ターゲットを前記ターゲットトレイに固定するための１個以上の「ターゲット支持体」（以下では、「ＴＧ支持体」と略称する。）を設け、
あるいは、前記ターゲットトレイの底面から隆起し、その上端が前記液体ガリウムの液面から突き出る１個以上の「島状ＴＧ支持体」を設け、更にその上端面には１個以上の「上端ピット」を設け、
さらに、その先端が前記液体ガリウムの液面よりも突き出るように形状加工した前記の第２ターゲットを前記の「ＴＧ支持体」に固定し、
また、前記の「上面ピット」に収容できるサイズに形状加工した前記の第２ターゲットを前記「上面ピット」に装着し、
更には又、前記第２ターゲットが前記液体ガリウムよりも比重の小さい場合にあっては、前記第２ターゲットを前記液体ガリウムの液面上に浮上させて前記第２ターゲットをセットして、
前記ガリウム（第１ターゲット）と前記第２ターゲットとの共スパッタによる成膜を行う、請求項１～５の何れか１項に記載の成膜装置。

【請求項7】

前記液体ガリウム上、又は液体ガリウム中に設置される前記第２ターゲットが、前記液体ガリウムと接触する面を、樹脂あるいは炭素系材料あるいはセラミックス材料でコーティングしている、請求項６に記載の成膜装置。

【請求項8】

前記ターゲットに印加する電圧が直流である、請求項１～７の何れか１項に記載の成膜装置。

【請求項9】

前記ターゲットトレイの内面のうち、少なくとも前記液体ガリウムと接触する部分を炭素系材料又はセラミックスで構成している、
請求項１～８の何れか１項に記載の成膜装置。

【請求項10】

液体ガリウムをターゲットとするスパッタに用いるターゲットトレイであって、前記液体ガリウムを収容する前記ターゲットトレイの内面のうち、少なくとも前記液体ガリウムと接触する部分を炭素系材料又はセラミックスで構成した、
スパッタ用ターゲットトレイ。

【請求項11】

ターゲットとなる液体金属ガリウムを収容したターゲットトレイを成膜装置内のターゲット設置部に設置し、
前記ターゲットトレイに収容された前記液体金属ガリウムを３０℃以上に保持した状態で、
アルゴンガスと、反応性ガスとしての酸素ガスおよび／または窒素ガスとを前記成膜装置内にフローさせて、反応性スパッタによる成膜を行う成膜方法。

【請求項12】

前記ターゲットトレイに収容された前記液体金属ガリウムを搖動または撹拌しつつ、前記反応性スパッタを行う、請求項１１に記載の成膜方法。

【請求項13】

前記ターゲット上に磁界を発生させる磁場発生用磁石を前記ターゲット設置部に設けてマグネトロンスパッタ成膜装置を構成し、
更に、前記磁場発生用磁石を回転させる回転機構を設け、
前記ターゲットトレイに収容された前記液体金属ガリウム中に磁性体又は磁石を挿入し、前記磁場発生用磁石の回転に伴い前記磁性体または前記磁石を、前記液体金属ガリウム中で移動させることによって、前記液体金属ガリウムを撹拌する、「磁気撹拌機構」を用いる、請求項１１または１２に記載の成膜方法。

【請求項14】

前記のターゲットトレイは、前記液体ガリウム（第１ターゲット）と、第２ターゲットとによる共スパッタをするためのターゲットトレイであって、
前記の第２ターゲットは、液体金属ガリウム以外の金属、金属の酸化物、金属の窒化物、又は、半導体に対するドーパント元素を含む材料のいずれかであり、いずれも融点が３０℃以上である材料であって、
前記ターゲットトレイの底面又は側壁内面の任意位置に、前記の第２ターゲットを前記ターゲットトレイに固定するための１個以上の「ターゲット支持体」（以下では、ＴＧ支持体と略称する。）を設け、
あるいは、前記ターゲットトレイの底面から隆起し、その上端が前記液体ガリウムの液面から突き出る１個以上の「島状ＴＧ支持体」を設け、更にその上端面には１個以上の「上端ピット」を設け、
また、その先端が前記液体ガリウムの液面よりも突き出るように形状加工した前記の第２ターゲットを前記の「ＴＧ支持体」に固定し、更に前記の「上面ピット」に収容できるサイズに形状加工した前記の第２ターゲットを前記「上面ピット」に装着し、
さらには、前記の第２ターゲットが前記液体ガリウムよりも比重の小さい場合にあっては、前記第２ターゲットを前記液体ガリウムの液面上に浮上させて前記第２ターゲットをセットし、
また、前記液体ガリウム上、又は液体ガリウム中に設置される前記第２ターゲットが、前記液体ガリウムと接触する面を、樹脂あるいは炭素系材料あるいはセラミックスでコーティングを施して、
前記ガリウム（第１ターゲット）と前記第２ターゲットとの共スパッタによる成膜を行う、請求項１１～１３の何れか１項に記載の成膜方法。

【請求項15】

成膜中に前記成膜装置内にフローさせる反応性ガスを前記酸素ガスから前記窒素ガス、あるいは前記窒素ガスから前記酸素ガスに切り替え、酸化ガリウムおよび窒化ガリウムの積層膜を成膜する、請求項１１～１４の何れか１項に記載の成膜方法。

【請求項16】

成膜開始から所定膜厚に至るまでの前記反応性ガスの濃度が、前記所定膜厚以降での前記反応性ガスの濃度よりも低くなる条件で成膜する、請求項１１～１５の何れか１項に記載の成膜方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はターゲットトレイ、スパッタ成膜装置および成膜方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ガリウム（Ｇａ）の酸化物および窒化物には、発光材料、パワー半導体素子および圧電体など様々な用途がある。特に、Ｇａの酸化物および窒化物は、パワー半導体素子としての性能（性能指数）が炭化ケイ素（ＳｉＣ）よりも優れている。具体的には、パワー半導体素子の動作時（通電状態）における抵抗（オン抵抗）が低いという特徴がある。オン抵抗とはパワー半導体素子の主要な性能指数であり、値が小さいほど高性能であることを意味する。オン抵抗が小さいとその分電力の損失が少なく済む。そのため、パワー半導体素子における高耐圧と低損失を両立させるための材料として、Ｇａの酸化物（酸化ガリウム）および窒化物（窒化ガリウム）を用いることが検討されている。

【0003】

窒化ガリウムはＬＥＤ（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）材料として使用されているが、現在は膜形成にはＭＯＣＶＤ（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）が用いられており、１０００℃以上の高温で成膜されている。他方、スパッタを用いて窒化ガリウムあるいは酸化ガリウムを成膜する手法も検討されている。

【0004】

スパッタによって、金属酸化物あるいは金属窒化物を成膜する方法は大きく分けて２通りある。一つは、金属ターゲットを使用する方法、もう一つは金属酸化物あるいは金属窒化物のターゲットを使用する方法である。

【0005】

工業的には金属ターゲットを使用し、反応性スパッタ（スパッタガスに酸素や窒素を入れる）方法がよく用いられている。これは、金属材料のスパッタの方が、酸化物あるいは窒化物のターゲットを用いるよりも成膜速度が著しく速いこと、金属材料は導電性がありＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）スパッタが利用できること、および金属ターゲットは割れにくいこと、などの理由による。

【0006】

しかしながら、金属ガリウムは室温では液体状態であり、通常の金属ターゲットのような取り扱いができない。金属ガリウムは反応性が高くハンドリングが難しい。したがって、金属ガリウムをターゲットとするスパッタは一般的ではないが、金属ガリウムを用いた成膜方法が、例えば特許文献１～３および非特許文献１等に開示されている。

【0007】

特許文献１、２では、液体金属ガリウムをターゲットとして用いたスパッタ方法が開示されている。特許文献１では、液体金属ガリウムを収容するトレイとして、液体金属ガリウムと反応しないモリブデンなどの材質で形成されたトレイを用いることが開示されている。

【0008】

他方、特許文献３では、ガリウムを冷却して固相に維持した状態でターゲットとして用い、成膜する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開２００４－３２７９０５号公報

【特許文献2】特開２０１２－２４６２０４号公報

【特許文献3】特開２０１３－２２７１９８号公報

【非特許文献】

【0010】

【非特許文献1】Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９８，１４１９１５（２０１１）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0011】

既述の通り、特許文献１には、液体金属ガリウムと反応しない材質の例としてモリブデンが挙げられている。しかしながら、液体状態の金属ガリウムは多種金属の粒界に侵入し脆化させる特徴があるため、モリブデンから形成されたトレイであっても金属であるために、金属ガリウムによる侵食が少なからず生じ、トレイが脆化したり、穴が開いて金属ガリウムが漏れ出したりする懸念がある。特に量産などを考えた場合には長時間安定することが重要であり、通常の金属材料のトレイでは困難であると予想される。

【0012】

既述の通り、特許文献３では金属ガリウムを液体状態ではなく固体状態にて成膜する方法が行われている。この場合は、初期状態では固体状態であっても、スパッタ成膜を開始するとプラズマの熱にて表面が液化していき、上部は液体、下部は固体のような状態になる。さらに成膜を進めると場合によっては全体が液体化する。そのため初期の全面固体のときと比較して、成膜の状況が変化し、再現性が得られにくいものとなる。

【0013】

さらに、上述した反応性スパッタによる成膜においては、成膜速度とその膜質とを両立させることが難しいことが、広く知られている。以下では、金属ターゲットと反応性ガスとを用いる反応性スパッタによる「酸化膜」の成膜を例にして説明する。

【0014】

まず、成膜速度を速くするためにＡｒ濃度を高めると、反応性ガスの濃度は相対的に低下する。そのため、金属の酸化膜は酸素不足となり、化学量論的組成からの偏差が大きくなるので、膜品質が低下する。

【0015】

これを回避するために反応性ガスの濃度を高めると、当然ながら、ターゲット近傍の反応性ガスの濃度も高くなり、ターゲットの酸化が起きやすくなる。金属の酸化物のスパッタ速度は、金属のそれよりも大幅に低下するので、実用的な成膜速度を得るのが困難な状況になっている。

【0016】

本開示は、上記事情に鑑みてなされたものであり、液体金属ガリウムをターゲットとして用いたスパッタ成膜において、再現性の高い成膜を実現可能な成膜装置および成膜方法を提供することを目的とする。また、本開示は、液体金属ガリウムを安定的に保持可能なターゲットトレイを提供することを目的とする。
更にまた、本開示は、液体金属ガリウムをターゲットとする反応性スパッタ成膜において、実用的な成膜速度をもつ成膜装置と成膜方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

本開示は、以下の態様を含む。

【0018】

本開示の成膜装置は、液体金属ガリウムをターゲットとして用いてスパッタを行う成膜装置であって、液体金属ガリウムを収容するターゲットトレイと、液体金属ガリウムを収容するターゲットトレイを設置するターゲット設置部と、液体金属ガリウムを３０℃以上に保持する温度保持機構と、反応性スパッタを行うためのガス導入機構とを備えている。

【0019】

本開示の成膜装置においては、温度保持機構が、ターゲット設置部に備えられた、３０℃以上の熱媒体を循環させる媒体循環機構であることが好ましい。

【0020】

さらに本開示の成膜方法は、反応性スパッタによる成膜方法である。さらに、上記の導入ガスとしてアルゴンガスを、また反応性ガスとしての酸素ガスおよび／または窒素ガスとを成膜装置内に導入して、反応性スパッタによる成膜を行う成膜方法である。

【0021】

本開示の成膜装置においては、ターゲットトレイ内に収容された液体金属ガリウムを搖動する搖動機構を備えてもよい。液体金属ガリウムを揺動又は撹拌しつつ反応性スパッタによる成膜をすることも好ましい成膜方法である。

【0022】

本開示の成膜装置では、以下に述べる構成の磁気撹拌機構を装備することができる。すなわち、ターゲットトレイ内に磁界を発生させる磁場発生用磁石をターゲット設置部に設け、ターゲットトレイに収容された液体金属ガリウム中に磁性体又は磁石を挿入し、磁場発生用磁石を回転させることにより磁性体又は磁石を液体金属ガリウム中で移動させ、これにより液体金属ガリウムを撹拌する磁気撹拌機構である。

【0023】

一方、本開示の成膜装置としてマグネトロンスパッタ方式を採用し、上記の磁気撹拌機構を構成する磁場発生用磁石を、上記のマグネトロンスパッタ用の磁石と共用する構成とすることもできる。

【0024】

上記に開示する撹拌機構の何れかを用いて液体金属ガリウムを撹拌しながら成膜することは、好ましい成膜方法である。

【0025】

本開示のターゲットトレイは、ガリウム（第１ターゲット）と第２ターゲットとの共スパッタをするためのターゲットトレイである。第２ターゲットは、液体金属ガリウム以外の金属、金属の酸化物、金属の窒化物、又は半導体に対するドーパント元素を含む材料の何れかであり、いずれも融点が３０℃以上の材料である。
上記のターゲットトレイには、その底面又は側壁内面の任意位置に、第２ターゲットをターゲットトレイに固定するための１個以上の「ターゲット支持体」を設けている。以下では、ターゲット支持体を「ＴＧ支持体」と略称する。

【0026】

また、別のＴＧ支持体としては、ターゲットトレイの底面から隆起し、その上端が液体ガリウムの液面から突き出る１個以上の「島状ＴＧ支持体」を設け、更にその上端面には１個以上の「上端ピット」を設ける。

【0027】

さらに、上記の第２ターゲットの先端が液体ガリウムの液面よりも突き出るように第２ターゲットを形状加工し、これをＴＧ支持体に固定する。
あるいはまた、上記の「島状ＴＧ支持体」の上面に設けられた「上端ピット」に収容できるサイズに形状加工した第２ターゲットを上記の上端ピットに装着して、ガリウム（第１ターゲット）と第２ターゲットとの共スパッタを行うためのターゲットトレイであり、これを装備した成膜装置である。

【0028】

さらには又、第２ターゲットが液体ガリウムよりも比重の小さい場合には、第２ターゲットを液体ガリウムの液面上に浮上させて第２ターゲットをセットして、ガリウム（第１ターゲット）と第２ターゲットとの共スパッタによる成膜を行う成膜装置とすることもできる。

【0029】

第２ターゲットは、上記のようにターゲットトレイ中の液体ガリウムの中に設置されることもあるので、液体金属ガリウムと接触する面が樹脂あるいは炭素系材料あるいはセラミックスでコーティングされていることが好ましい。

【0030】

本開示はまた、以上開示した共スパッタのためのターゲットトレイを、上記開示の成膜装置に装備して、ガリウム（第１ターゲット）と第２ターゲットとの共スパッタをする成膜方法である。

【0031】

以上開示した成膜装置においては、ターゲットに印加する電圧が直流（ＤＣ）であることが好ましい。

【0032】

本開示の成膜方法においては、成膜中に成膜装置中にフローさせる反応性ガスを酸素ガスから窒素ガス、あるいは窒素ガスから酸素ガスに切り替え、酸化ガリウムおよび窒化ガリウムの積層膜を成膜してもよい。

【0033】

本開示の成膜方法においては、成膜開始から所定膜厚に至るまでの反応性ガスの濃度が、所定膜厚以降での反応性ガスの濃度よりも低くなる条件で成膜することが好ましい。

【0034】

本開示のターゲットトレイは、スパッタ用のターゲットとして液体金属ガリウムを収容するターゲットトレイであり、少なくとも液体金属ガリウムと接する面を炭素系材料あるいはセラミックスで構成している。上記のターゲットトレイは、本開示の成膜装置に応用することができる。

【発明の効果】

【0035】

本開示の成膜装置および成膜方法によれば、液体金属ガリウムをターゲットとして用いるスパッタ成膜において、再現性の高い成膜を実現可能である。また、本開示のターゲットトレイによれば、液体金属ガリウムを安定的に保持可能である。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。

【図2】第１の実施形態に係るターゲットトレイの斜視図である。

【図3】第２の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。

【図4】第３の実施形態に係る成膜装置の概略構成を示す図である。

【図5】共スパッタの場合のターゲットとして、液体金属ガリウム以外の金属チップが液体金属ガリウム中に設置されているターゲットトレイを示す模式断面図である。

【図6】液体金属ガリウム（第１ターゲット）と、第２ターゲットとによる共スパッタを行うためのターゲットの配置に係る一例を示す模式断面図である。

【図7】実施例１の成膜方法で得られた酸化ガリウムのＸＲＤスペクトルを示す図である。

【図8】実施例３の成膜方法で得られた酸化ガリウムのＸＲＤスペクトルを示す図である。

【図9】実施例４の成膜方法で得られた酸化ガリウムのＸＲＤスペクトルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、本開示の技術の実施形態を、図面を参照して説明する。

【0038】

『第１の実施形態』

【0039】

「成膜装置」
本開示の第１の実施形態に係る成膜装置の概略構成図を図１に示す。本成膜装置１における、成膜に用いられるターゲット２０としては、金属ガリウムを想定している。本実施形態ではマグネトロンスパッタ装置を例として説明する。

【0040】

図１に示す成膜装置１は、真空容器からなる成膜室１０と、成膜室１０内に備えられた、基板保持部１２、ターゲット設置部１４、磁場発生部１６、および温度保持機構１８と、ターゲット２０に電力を投入する電源１９とを備える。

【0041】

成膜室１０は、スパッタを行うために所定の真空度を維持する、鉄、ステンレス、アルミニウム等で形成される気密性の高い容器である。成膜室１０には、内部に、成膜に必要なガスＧを導入するガス導入管１０ａおよび成膜室１０内のガスの排気ＶＧを行うガス排出管１０ｂが取り付けられている。

【0042】

ガス導入管１０ａから成膜室１０に導入されるガスＧとしては、アルゴン、アルゴンと酸素の混合ガス、アルゴンと窒素の混合ガス、あるいは、アルゴンと酸素と窒素の混合ガス等が挙げられる。ガス導入管１０ａは、これらのガスＧの供給源（図示せず）に接続されている。

【0043】

一方、ガス排出管１０ｂは、成膜室１０内を排気して所定の真空度にすると共に、成膜室１０中を所定の真空度に維持するために、真空ポンプ等の排気手段に接続されている。

【0044】

電源１９は、ターゲット２０にスパッタ電力を投入する電源であり、より具体的には、成膜室１０内に導入されたＡｒなどのガスをプラズマ化させるための電力を、プラズマ電極を構成するターゲット設置部１４の設置面１４ａに供給するためのものである。電源１９はＲＦ（ｒａｄｉｏ－ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）電源であってもよいし、ＤＣ（ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）電源であってもよい。

【0045】

基板保持部１２は、成膜処理が施される被処理基板ＢＳを保持する。被処理基板ＢＳを保持する機構は特に限定されないが、例えば、吸引吸着により、被処理基板ＢＳを保持することができる。基板保持部１２に保持される被処理基板ＢＳのサイズは特に制限なく、一般的な６インチサイズの基板であっても、５インチあるいは８インチのサイズの基板であってもよいし、５ｃｍ角などのサイズの基板であってもよい。

【0046】

被処理基板ＢＳは特に制限されず、Ｓｉ基板、酸化物基板、窒化物基板、ガラス基板、あるいは各種フレキシブル基板など、用途に応じて適宜選択することができる。

【0047】

成膜装置１においては、プラズマ電極の放電により成膜室１０内に導入されたガスＧがプラズマ化され、アルゴンイオン等のプラスイオンが生成する。生成したプラスイオンはターゲット２０をスパッタする。プラスイオンにスパッタされたターゲット２０の構成元素（ここでは、Ｇａ：ガリウム）は、ターゲット２０から放出され、中性あるいはイオン化された状態で被処理基板ＢＳに堆積する。

【0048】

ターゲット設置部１４には、ターゲット２０を収容したターゲットトレイ２２（以下において、単にトレイ２２という。）が設置される。本実施形態において、ターゲット設置部１４は、ターゲット設置面１４ａを備え、ターゲット設置面１４ａ上にトレイ２２が設置される。基板保持部１２とターゲット設置部１４とは互いに対向して配置されている。したがって、基板保持部１２に保持された被処理基板ＢＳとターゲット２０とは対向して設置される。

【0049】

ターゲット設置部１４は、後述する温度保持機構１８により循環される熱媒体ＨＭを収容する収容部１５を備えた枠体である。収容部１５には、トレイ２２が設置される設置面１４ａの背面に磁場発生用磁石２４も収容されている。

【0050】

磁場発生部１６は、上記のターゲット設置部１４を構成する枠体内の収容部１５に備えられた複数の磁場発生用磁石２４によって構成される。磁場発生部１６は、ターゲット２０上に磁場を生じさせる。磁場を発生させた状態でスパッタを実施することにより、スパッタ効率を高めることができる。

【0051】

温度保持機構１８は、ターゲット２０の温度を一定に保つための機構であり、例えば、設置面１４ａの背面に３０℃以上の熱媒体ＨＭを循環させる熱媒体循環機構である。熱媒体ＨＭは液体が好ましく、水あるいはオイルなどが挙げられる。温度保持機構１８は、ターゲット設置部１４の設置面１４ａの背面の収容部１５内に熱媒体ＨＭを供給する供給管１８ａと、収容部１５から熱媒体ＨＭを排出する排出管１８ｂとを備える。温度保持機構１８は、供給管１８ａを介して温度調整した熱媒体ＨＭ、例えば、３０℃の水を収容部１５内に供給し、収容部１５内の熱媒体ＨＭを、排出管１８ｂを介して排出させる。熱媒体循環機構は、排出管１８ｂから排出された熱媒体ＨＭを３０℃に再調整した後に、再度供給管１８ａから供給する。

【0052】

供給する熱媒体ＨＭの温度は金属ガリウムを常に液体状態に維持するために３０℃以上とする。熱媒体ＨＭの温度は３０℃～１００℃とすることが好ましい。金属ガリウムを液体状態に維持するには金属ガリウムを３０℃以上に維持できればよく、過剰な高温にする必要はない。また、Ｏリングなどの装置の部品の耐熱性の観点から、熱媒体ＨＭの温度は１００℃以下とすることが好ましい。

【0053】

本実施形態の成膜装置１は、以上のように構成されている。

【0054】

本成膜装置１は、温度保持機構１８を備え、ターゲット２０を３０℃以上に維持している。従来の装置では、ターゲット２０を冷却するために、おおよそ２０℃以下の冷水が用いられている。ガリウムは融点が２９．７６℃であり、従来方式によるターゲット設置部１４の水冷では、少なくともトレイ２２の底面に接するガリウムは固化してしまう。

【0055】

一方で、スパッタを実施している間は、プラズマやスパッタ電力の印加によりターゲット温度が上昇するため、トレイ２２中の少なくとも表面に露出される金属ガリウムは液化する。トレイ２２中に液体ガリウムと固体ガリウムとが混在した状態でスパッタが実施された場合、ターゲット２０の物性が不安定なものとなり、成膜された膜の均一性が低下してしまう。

【0056】

一方、本開示の成膜装置１においては、ターゲット２０を３０℃以上に維持しているので、金属ガリウムは常に液体状に維持される。このため、液体ガリウムと固体ガリウムが混在していた場合に比べて、ターゲット２０の物性が安定化する。ターゲット２０の物性が安定化することにより、成膜する膜の均一性を向上させることができる。

【0057】

「ターゲットトレイ」
次に、ターゲット２０である液体金属ガリウムを収容するトレイ２２について説明する。

【0058】

トレイ２２は、少なくとも金属ガリウムが接触する面が炭素系材料あるいはセラミックス材料から構成されていることが好ましい。金属ガリウムが接触する面とは、図２に示すように、トレイ２２がシャーレ状である場合には、内底面２２ａおよび内側面２２ｂである。炭素系材料としては、例えば、有機樹脂、例えばポリイミドやグラファイト、Ｃ／Ｃコンポジット（Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃａｒｂｏｎ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：炭素繊維強化炭素複合材料）などを用いることができる。

【0059】

セラミックス材料としては、アルミナ、ジルコニア、窒化シリコン、窒化アルミニウム、などを用いることができる。これらのうちで、導電性が比較的高いＳｉＣ、あるいはＡｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＣ、ＺｒＯ_２＋ＮｂＣなどの複合材料を用いることが好ましい。

【0060】

一方、トレイ２２自体の材質としては、全体を炭素系材料あるいはセラミックス材料で構成することが好ましい。例えば、グラファイト材料をトレイ形状に加工したもの、あるいは、アルミナ、ジルコニア、窒化シリコン、窒化アルミニウム、ＳｉＣ、などをトレイ形状に加工して用いることが好ましい。

【0061】

トレイ２２自体も導電性が高い方が好ましい。導電性が高いほど、スパッタ電力がターゲット２０に伝達され易いからである。この意味から、導電性が比較的高いＳｉＣ、あるいはＡｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＣ、ＺｒＯ_２＋ＮｂＣなどの複合材料をトレイ自体の構成材とすることが好ましい。
一方、トレイ自体が導電性の低い材質で構成される場合には、トレイ自体よりも高い導電性を持つ材質、例えば、グラファイト、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３＋ＴｉＣ、ＺｒＯ_２＋ＮｂＣ、さらには、ＴｉＮ、ＩＴＯなどの材質の薄膜で、トレイの全表面（トレイの裏側底部・外側面・内側面・トレイの内底面、等）を被覆することにより、ターゲット設置部からターゲット（液体金属ガリウム）に至るまでの電気抵抗を低下できる。これにより、スパッタ電力を効率的にターゲットに供給できる。

【0062】

さらに又、例えば、金属であるＣｕ製トレイの内面の金属ガリウム（ターゲット２０）と接触する面に、ポリイミド樹脂などの絶縁物を薄くコーティングしてトレイ２２とすることもできる。

【0063】

一方、上記のような樹脂コーティングなどを施していないＣｕ製のターゲットトレイに金属ガリウムを収容し、スパッタを行ったところ、ターゲットトレイに穴が開き、金属ガリウムが漏れ出した。ガリウムは、Ｃｕに限らず大部分の金属に対し、その粒界に侵入して脆化させる性質を有する。そのため、金属を主材とするターゲットトレイを用いると、Ｃｕの場合と同様に、脆化や、穴が開く等の不具合を生じることが予測できる

【0064】

上記のように、スパッタリング中にトレイが脆化したり、トレイに穴が生じる等すると、液体金属ガリウムが漏れ出し、安定的なスパッタリングができなくなる可能性がある。
これに対し、上述の本開示のトレイ、すなわち、トレイの内面を炭素系材料あるいはセラミックス材料で構成しているターゲットトレイを用いれば、トレイへの液体金属ガリウムの侵入を抑制することができ、安定したスパッタリングが可能となる。ターゲット２０の物性が安定化することにより、成膜する膜の均一性を向上させることができる。

【0065】

なお、液体のガリウムは表面張力が大きく、トレイ材料との濡れ性が悪い。このため、トレイ内に収容している液体金属ガリウムがトレイ内に偏在してしまい、トレイの底面が露出し、また、ターゲットである液体金属ガリウムの実効面積が大きく減少してしまう障害が発生する。
これに対しては、液体ガリウムとの濡れ性の良い金属材料、金属酸化物、又は酸化ガリウム、などの薄膜コーティングをトレイの内表面に施すことにより、濡れ性を改善することができる。

【0066】

「成膜方法」
以下では、本成膜装置１を用いた成膜方法について説明する。

【0067】

まず、図１に示す成膜装置１のターゲット設置部１４の設置面１４ａに、ターゲット２０を収容するトレイ２２を設置する。また、基板保持部１２に薄膜を成膜する被処理基板ＢＳを装着して保持させる。ここで、ターゲット２０は、金属ガリウムである。設置時点では、固体であっても、液体であっても構わない。

【0068】

次いで、成膜室１０内が所定の真空度になるまでガス排出管１０ｂから排気し、さらに、所定の真空度を維持するように排気し続けながら、ガス導入管１０ａからアルゴン（Ａｒ）ガスなどのプラズマ用ガスを所定量ずつ供給し続ける。また、温度保持機構１８により、設置面１４ａの背面の収容部１５に３０℃以上の熱媒体ＨＭを循環させ、ターゲット２０である金属ガリウムを液体状に維持する。これと同時に、電源１９からプラズマ電極に電力を投入して、Ａｒイオン等のプラズマイオンを生成させ、プラズマ空間を形成する。

【0069】

ターゲットに印加するパワー密度（ここでは、プラズマ電極に印加する電力の密度）は、一例を挙げれば、５Ｗ／ｃｍ^２程度以上とすることが好ましい。

【0070】

なお、酸化ガリウム膜を成膜する場合には、プラズマ用ガスであるアルゴンガスと共に、反応性ガスとして酸素ガスを成膜室１０中に導入する。また、窒化ガリウム膜を成膜する場合には、プラズマ用ガスであるアルゴンガスと共に、反応性ガスとして窒素ガスを成膜室１０中に導入する。さらに、酸窒化ガリウム膜を成膜する場合には、プラズマ用ガスであるアルゴンガスと共に、反応性ガスとしての酸素ガスおよび窒素ガスを成膜室１０中に導入する。

【0071】

酸化ガリウム、窒化ガリウム、あるいは酸窒化ガリウムを成膜する場合において、それぞれ成膜する膜の組成の焼結体ターゲットを用いて成膜することも考えられる。しかし、焼結体は、スパッタ電力を高めると割れる可能性があるため、一定以上にスパッタ電力を上げることができない。そのため、焼結体の場合には、スパッタ電力と比例関係にある成膜速度にも限界があり、一定以上に成膜速度を上げることができない。また、酸化物、窒化物ターゲットは、金属よりも二次電子放出係数が高いため、金属と比してスパッタ電力を大きくした場合に電子放出の雪崩現象が起きやすく、アーキングが発生しやすい、という問題がある。

【0072】

これに対し、本成膜装置１および成膜方法では、ターゲット２０として液体金属ガリウムを用いるので、電力の投入によりターゲット割れが生じる恐れがなく、焼結体を用いた場合よりも投入電力を高めることができる。上述の通り、例えば、投入電力の電力密度を５Ｗ／ｃｍ^２程度以上とすることができる。したがって、焼結体を用いた場合よりも、成膜速度を高めることができる。さらに上記の通り、焼結体を用いた場合に問題となるアーキングの発生を抑制することができ、安定した成膜が可能となる。

【0073】

さらに、酸化ガリウムあるいは窒化ガリウムなどの焼結体は絶縁体であり、体積抵抗が高いため、ＲＦスパッタを用いる必要がある。これに対し、ターゲットとして金属ガリウムを用いるので、ＤＣスパッタを実施でき、低コストに成膜が可能である。電源１９として、ＤＣスパッタのためのＤＣ電源を備えた成膜装置は、ＲＦスパッタのためのＲＦ電源を備えた成膜装置と比較して、簡易な装置となり低コストである。また、ＤＣ電源はＲＦ電源よりも大パワーを出力可能であり、成膜速度の向上を図ることができる。したがって、金属ガリウムをターゲットとすることで、均一な膜を安価に提供することが可能となる。
なお、ＤＣ電源を用いる場合には、異常放電防止回路を付与することが好ましい。

【0074】

また、反応性スパッタにより、酸化ガリウム、窒化ガリウムあるいは酸窒化ガリウムを成膜するので、組成変更が容易であり、例えば、成膜途中に反応性ガスのガス量を変更したり、反応性ガスの種類を変更したりすることにより、組成がシームレスに変化する膜の成膜が可能となる。

【0075】

例えば、成膜中に、反応性ガスを酸素ガスから窒素ガス、あるいは窒素ガスから酸素ガスに切り替えることにより、シームレスに酸化ガリウムと窒化ガリウムの積層膜を成膜することができる。また、酸化ガリウムに対して、所望量の窒素ドーピングを行うことも容易である。

【0076】

また、以下に述べる理由から、上記成膜方法において、事前に設定している所定膜厚に至るまでの成膜初期における反応性ガスの濃度を、それ以降の成膜中の反応性ガスの濃度よりも低くなる条件で成膜させることが好ましい。
また、このときの被処理基板ＢＳとしては、サファイアなど、格子定数が成膜層のそれと整合する基板を用いることが好ましい。

【0077】

成膜中の反応性ガスの濃度に関しては、成膜初期に反応性ガスの濃度を低くすることで、Ｇａ原子が膜成長面に到達した際に金属的な振る舞いをして大きな移動が生じ、基板の格子定数に整合する位置（エネルギー準位的に安定な位置）に留まりやすくなり、エピタキシャル成長しやすくなる。初期層がエピタキシャル成長してしまえば、その後はホモエピタキシャル成長となるため、その後は反応性ガスの濃度を高めれば、欠陥が少なく安定した成膜が可能となる。これにより、良質な膜が得られる。
ここで、成膜初期とは、成膜開始から１００ｎｍ以下の所定膜厚となるまでの成膜期間をいう。所定膜厚としては、１００ｎｍ以下であればよく、代表的には数１０ｎｍである。成膜初期の反応性ガスの濃度と、所定膜厚以降の反応性ガスの濃度の比は、例えば、
１：１．５（＝１／１．５）などである。

【0078】

なお、酸化ガリウムの膜を成膜する場合において、上記のように成膜初期における成膜条件を最適化することにより、α型、β型の作り分けも可能と考えられる。

【0079】

『第２の実施形態』

【0080】

図３は、第２の実施形態に係る成膜装置２の概略構成を示す。図１に示した成膜装置１と同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。以下の図面においても同様とする。

【0081】

成膜装置２は、トレイ２２内に収容された液体金属ガリウムからなるターゲット２０（以下において、液体金属ガリウム２０という場合がある。）を搖動する搖動機構３０を備えている。搖動機構３０は、例えば、ターゲット設置部１４を搖動するバイブレータである。成膜中、バイブレータによって、ターゲット設置部１４を搖動させることにより、トレイ２２中の液体金属ガリウム２０を搖動する。液体金属ガリウム２０は搖動により撹拌される。

【0082】

成膜時において、反応性ガスと接触する液体金属ガリウム２０の露出表面は、酸素あるいは窒素によって、酸化あるいは窒化されて、酸化ガリウム、窒化ガリウムあるいは酸窒化ガリウムの固相が形成されてしまう場合がある。
一方、搖動機構３０により、液体金属ガリウム２０が搖動されて撹拌されていれば、表面に生じた、主として薄膜状の反応生成物（固相固形物）は形状が分断されるなどして、細かい粒子状になる。これらの重い粒子は、ガリウム液の中に引き込まれ、沈んでゆく。
これによって、ターゲットである液体ガリウム２０の表面に、常に液体ガリウムの新生面を露出させておくことができる。この結果、従来とは異なり、著しい成膜速度の低下が生じることはなく、安定した成膜速度を維持することができ、均一な膜質の成膜が可能となる。

【0083】

『第３の実施形態』

【0084】

図４は、第３の実施形態に係る成膜装置３の概略構成を示す。本図は、前出の図１と同様のマグネトロンスパッタ装置に「磁気撹拌機構」３１を備えた一例を示す。なお、前出の成膜装置１と同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。

【0085】

まず、磁場発生部１７がターゲット設置部１４の下側に位置する収容部１５の外部に配置されている。磁場発生部１７は、磁場発生用磁石２５に加え、磁場発生用磁石２５を回転させる回転機構２８を備える。磁場発生用磁石２５は回転台２６上に固定配置されており、回転台２６が回転軸２７を中心に回転することによって、磁場発生用磁石２５も回転する。なお、前述の成膜装置１と同様に、上記の磁場発生部１７は、ターゲット２０上にまで磁場を生じさせ、マグネトロンスパッタ機構を構成している。

【0086】

さらに、トレイ２２に収容されたターゲット２０である液体金属ガリウム中に磁性体（または磁石）３５を挿入しておく。磁性体３５は、液体金属ガリウム２０中において固定されていない態様で配置されている。液体金属ガリウム２０中にある磁性体３５は、回転機構２８による磁場発生用磁石２５の回転に伴って、液体金属ガリウム２０の中を回転する。
以上のように構成した磁気撹拌機構３１を用いれば、磁性体３５が液体金属ガリウム２０中で回転することで液体金属ガリウム２０が撹拌されることになり、前出の搖動機構３０を備えた場合と同様の効果が得られる。

【0087】

すなわち、表面に形成された酸化層あるいは窒化層などの固相膜や固形物などは、撹拌によって液体ガリウムの表面から排除される。この結果、液体金属ガリウム２０の表面には、常にガリウムの新生面を露出させることができるので、安定した成膜速度を維持することができ、また、均一、均質な成膜が可能となる。

【0088】

磁性体３５としては、例えば、テフロン（登録商標）コーティングされたＳＵＳ（ステンレス鋼）のボールである。なお、ＳＵＳボールへのテフロン（登録商標）コーティングは液体金属ガリウムによる侵食を予防するためになされる。液体金属ガリウム２０を撹拌するための磁性体３５は、１つでもよいし、複数であってもよい。

【0089】

以上が、本開示の「磁気撹拌機構」を備える反応性スパッタによる成膜装置である。なお、マグネトロン方式を採らない汎用のスパッタ装置にも上記の「磁気撹拌機構」を設けることが可能である。
この場合には、磁場発生部１７は、マグネトロン機能を備える必要はなく、液体ガリウム中の磁性体３５に作用できる能力があれば十分である。

【0090】

以下では、上記の反応性スパッタ方式による成膜中に生じる「金属ターゲット表面の変性（酸化や窒化など）」について述べる。例えば、上記に開示した「磁気撹拌機構」を備えていない、汎用の反応性スパッタ装置を用いて、本例のように、液体ガリウムをターゲットとする「酸化ガリウム」の成膜をする場合に、しばしば、ターゲットである液体ガリウムの表面に「薄皮状の酸化膜」が生じることがある。

【0091】

上記のような表面変性は、液体ガリウムに限られたことではなく、固体金属のターゲットの場合にも起きる現象であることは、広く知られている。金属ターゲットの表面が酸化膜で覆われると、スパッタ速度が大幅に低下してしまうので、反応性スパッタによる成膜では、実用的な成膜速度を得るのが困難であり、これが、大きな課題となっている。

【0092】

上述のターゲット表面の変性－－例えば、「酸化」の問題は、スパッタ速度と反応性ガスの濃度とに関係していることが知られている。すなわち、スパッタ速度を高くするために、ターゲットに投入する電力を増加すれば、金属の成膜速度も増加するので、これに見合う量の反応性ガス（例えば酸素ガス）の濃度を高くしないと所望の酸化膜を得ることができない。反応性ガスの濃度が不足すると酸素が欠乏した酸化膜になり、「膜品位」が低下する。

【0093】

以上を考慮しながら、ターゲットへの投入電力を増加し、かつ、反応性ガスの濃度も高くしてゆくと、当然ながら、ターゲット近傍の反応性ガスの濃度も高くなってゆき、ターゲットの酸化が起きやすくなる。このため、実用的な成膜速度を得るのが困難な状況になっている。

【0094】

一方、本開示の「磁気撹拌機構」を備えた反応性スパッタ装置を用いる成膜では、ターゲット（液体ガリウム）の表面に「酸化膜」が生じる状態にあっても、この酸化膜は液体ガリウムが撹拌されることにより、液体ガリウムの表面から排除される。この結果、液体金属ガリウム２０の表面に、常にガリウムの新生面を露出させることができるので、安定した成膜速度を維持することができ、また、化学量論的組成からの偏差が少ない、高品位な成膜が可能となる

【0095】

なお、上記成膜方法においては、酸化ガリウム、窒化ガリウムあるいは酸窒化ガリウムを成膜する場合について説明したが、ガリウム以外の金属を液体金属ガリウムと共にターゲットトレイの中に設置して、共スパッタを行ってもよい。共スパッタによればガリウムと他の金属との合金の成膜、あるいは合金の酸化膜、窒化膜等を成膜することも可能である。なお、以下では、共スパッタに用いられる、液体金属ガリウム以外のターゲットを「第２ターゲット」と呼ぶことにする。この「第２ターゲット」の材質としては、金属、金属の酸化物、金属の窒化物、あるいは半導体に対するドーパント元素を含む材料などであり、融点が３０℃以上である材料を想定している。

【0096】

例えば、図５に示すように共スパッタ用の「第２ターゲット」としての金属チップ４０を、トレイ２２中に設置する。図５は、金属チップ４０の比重が液体金属ガリウム２０のそれよりも小さい場合の例示である。この場合の金属チップの形状は、板状であることが好ましい。板状であれば、液体ガリウムの液面上に安定して浮上できる。
また、金属チップ４０の液体金属ガリウム２０と接する面に、フッ素樹脂等の樹脂あるいは炭素系材料でコーティング４２を施しておく。コーティング４２により、金属チップ４０の液体金属ガリウム２０による侵食を抑制することができる。図５に示す例では、金属チップ４０の側面４０ａおよび底面４０ｂにコーティング４２が施されている。
なお、上記の金属チップのコーティングに関しては、例えば、ＳｉであればＧａ金属と接する部分にポリイミド樹脂などをコーティングすることでも実現できる。コーティングの代わりに、窒化処理や酸化処理を施すことも可能である。

【0097】

一方、第２ターゲットのサイズが小さく、ガリウム液面に安定した浮上ができない場合や、液体ガリウムよりも比重が大きい場合には、前出の図５に示した第２ターゲットをガリウム液面に浮上させる方式を採ることができない。このような場合には、図６に示す、共スパッタ用のターゲットトレイを用いることにより、第２ターゲットのサイズや比重に左右されることなく、共スパッタによる成膜を行うことができる。

【0098】

図６は、液体金属ガリウム（第１ターゲット）と、第２ターゲットとによる共スパッタを行うための「共スパッタ用ターゲットトレイ」５０の模式断面図である。以下では、自明であるときには、「共スパッタ用ターゲットトレイ」のことを、単に「ターゲットトレイ」と略記する。

【0099】

図６（Ａ）には、ターゲットトレイ５０の底面部５２に、第２ターゲットである金属チップ５１ａ、５１ｂ、５１ｃを支持・固定するためのターゲット支持体５５ａ、５５ｂ、５５ｃ（３種類）を例示している。以下では、ターゲット支持体を「ＴＧ支持体」と略称する。上記のＴＧ支持体５５ａはピット、同５５ｂは突起、同５５ｃはソケットである。

【0100】

上記の３種類のＴＧ支持体に挿入できるように、各金属チップ（５１ａ、５１ｂ、５１ｃ）の底部端を形状加工している。また、各金属チップをターゲットトレイ底面部５２にあるＴＧ支持体にセットしたときに、各金属チップの上端面が液体ガリウム２０の液面から突き出るように形状加工している。

【0101】

図６（Ｂ）には、（Ａ）図とは異なる構造のＴＧ支持体の例を示す。ターゲットトレイ５０の側壁５３から延びる腕木状のＴＧ支持体の端部に設けたソケット５５ｄがあり、また、ターゲットトレイの底面部５２から隆起してガリウム液面上にまで達する、島状ＴＧ支持体５５ｅがある。島状ＴＧ支持体５５ｅの上端面には、ピット５５ｐを設けている。
また、（Ａ）図のときと同様に、各金属チップ（５１ｄ、５１ｅ）が対応するＴＧ支持体に挿入できるように、その底部端を形状加工している。また、上記の金属チップをＴＧ支持体にセットしたときに、その上端面が液体ガリウム２０の液面から突き出るように形状加工している。

【0102】

ただし、島状ＴＧ支持体５５ｅを用いるときには、ピット５５ｐが液体ガリウムに対する、いわば「防潮堤」の役割を果たしているので、金属チップ５１ｅは、液体ガリウムの液面高さには左右されず、また、液体ガリウムとも接触することなく、第２ターゲットとして機能できる。さらに、この島状ＴＧ支持体を用いれば、３０℃以上の融点をもつ第２ターゲット材だけでなく、液状のターゲット材をチャージすることができる。

【0103】

図６（Ｃ）は、金属チップ５１ｆをトレイ底面部５２に支持・固定するのに「バヨネットロック方式」を用いたＴＧ支持体の例を示す模式斜視図である。
円柱状の金属チップ５１ｆの底面付近の側面に突起５１ｐｊを設けている。また、金属チップ５１ｆを挿入するリング状のソケット５５ｆをトレイ底面部５２に設けている。さらに、ソケットには、図示のように縦スリット５５ｖｓと横スリット５５ｈｓを設けており、横スリットの行き止まり部分には、バヨネットロックをするための半月状のノッチ５５ｂｙを設けている。

【0104】

金属チップ５１ｆをソケット５５ｆにセットするには、突起を縦スリット５５ｖｓに通して、金属チップをトレイ底面部にまで挿入する。次いで、突起が横スリット５５ｈｓ内に入るようにチップを回転させ、突起が行き止まり部分に達したら上部に軽く引き上げる。

【0105】

この「バヨネットロック」による金属チップの支持・固定方式は、金属チップ（第２ターゲット材）の比重が液体ガリウムのそれよりも小さく、液体ガリウム中で浮力が発生する場合に好適な支持・固定方式である。
従って、上記の金属チップのセッティングは、ターゲットトレイに液体ガリウムを収容した状態で行うことが望ましい。このときの浮力により、金属チップの突起部分をノッチ５５ｂｙ、すなわち、バヨネットロックの定位置に収めることができる。

【0106】

なお、以上の構造はバヨネットロックを構成する縦・横のスリットをソケット部分に設けているが、これをターゲット底面部に設けるピット内に作ることもできる。すなわち、図示はしないが、上記の金属チップ（円柱状の第２ターゲット）が通過できる内径をもつ「庇状の円形リング」を上記ピットの上端周縁部に設ける。また、庇状の円形リングの一部に、突起を通すための縦スリットを設ける。このとき、庇状円形リングの下面とピット底面との間の空間が横スリットとして機能するので、この構造によってもバヨネットロックを構成できる。

【0107】

以上が第２ターゲットをターゲットトレイに配設する場合の「ターゲット支持体」を備えた共スパッタ用のターゲットトレイについての説明である。
なお、本例では、第２ターゲットの形状を便宜上「チップ」としているが、特定の形状に限定するものではない。例えば、「ブロック」等と呼んだ方が良い場合もあり得る。

【0108】

また、本例のＴＧ（ターゲット）支持体の構造は、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示したものは一例であり、これに限定するものではない。例えば、液体ガリウムよりも比重が小さく浮力を受ける第２ターゲット材に適合するＴＧ支持体の構造として、チップの底端部にネジ部を設けるとともに、これに対応するＴＧ支持体（ピット、突起、ソケットなど）側にもネジ部を設けて、ネジ込み・固定をする方式などもある。
さらには又、第２ターゲットである「塊状の素材」や「柱状の素材」をターゲットトレイの底面部に、接着剤などで密着・固定してもよい。

【0109】

さらに、本例の「共スパッタ用ターゲットトレイ」では、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示した６種類の支持体の１種類以上を用いることも可能であり、同一種の支持体を複数個用いてもよい。また、複数個ある支持体に、それぞれ異なる材質の第２ターゲットを配設して、多元の共スパッタを行うことも可能である。

【0110】

また、図６では、各種のチップ支持体をターゲットトレイと一体化している構造を示しているが、支持体底部にネジ部を設け、また、対応するトレイ底面部にもネジ部を設けて、支持体自体を着脱可能とすることもできる

【0111】

さらに、図５と同様に、本例における第２ターゲット材（図６で言えば、金属チップ５１ａ、５１ｂ、５１ｃ、５１ｄ、５１ｆ）には、少なくとも液体ガリウムと接する面（底面、側面）に、フッ素樹脂等の樹脂あるいは炭素系材料でコーティングが施されている。

【0112】

さらに又、本例の「共スパッタ用ターゲットトレイ」の材質、及びトレイ内外面のコーティング処理については、先に開示をしたターゲットトレイと同様であるので、記載を割愛する。

【0113】

ガリウム以外の微量な金属を第２ターゲットとする場合には、ガリウムと他の微量金属を反応させて、液体金属状態にしたものを使用してもよい。この手法は、半導体への微量不純物（添加物）元素のドーピングにも用いることができる。

【0114】

半導体への上記のドーピングに関しては、
ＧａＮ系半導体に対するｐ型ドーパントは、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂｅ、及びＺｎのうちの一種類以上の元素であってよい。ｎ型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅなどを用いることができる。
また、Ｇａ_２Ｏ_３系半導体に対しては、ｐ型のドーパントとしてＭｇ、Ｈ、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｂｅ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｈｇ、Ｔｌ、Ｐｂ、Ｐ等を用いることができる。
また、ｎ型のドーパントとして、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｃ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｐｂ、Ｍｎ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉなどを用いることができる。

【0115】

一例として、ＧａＮのｎ型ドーパントとしてＳｉを用いる場合は、バルクＳｉの塊を接着剤などでトレイと密着・固定しても良い。他の元素材料も同様に設置することが可能である。さらに、ドーピングに際し、ＧａＮ膜の形成においてはドーパント元素の窒化物を、又、Ｇａ_２Ｏ_３膜の形成においてはドーパント元素の酸化物を第２ターゲット材として用いても良い。

【実施例0116】

成膜装置１を用いた成膜方法の実施例および比較例を説明する。

【実施例0117】

酸化ガリウム膜を以下の成膜方法によって成膜した。
被処理基板ＢＳとしてシリコン基板を基板保持部１２にセットした。ターゲット２０として、純度９９．９９％以上の金属ガリウムを用い、トレイ２２として、グラファイト製のターゲットトレイを用いた。トレイ２２に金属ガリウムを収容した状態で、トレイ２２をスパッタ電源に接続している設置面１４ａ上に設置した。設置面１４ａの背面にある収容部１５に熱媒体ＨＭ（約３０℃の水）を循環させることにより、ターゲット（金属ガリウム）２０を常に約３０℃に維持する。成膜条件は以下の通りとした。

【0118】

－成膜条件－
成膜温度：室温
成膜ガス：ＡｒとＯ_２の混合ガス（Ｏ_２の体積分率５０％）
成膜圧力：０．５Ｐａ
ターゲット～基板間距離：５ｃｍ
成膜時間：３０分

【0119】

電源１９として、ＲＦ電源を備えた装置を用い、電力密度５Ｗ／ｃｍ^２のＲＦ電力をターゲットに印加した。これにより、約１μｍ／ｈの成膜速度で酸化ガリウム膜を成膜することができた。

【0120】

得られた酸化ガリウム膜は、透明なアモルファス膜であった。この膜に対して９００℃で３０分間アニール処理を実施することにより、βＧａ_２Ｏ_３の結晶膜を得ることができた。得られた結晶膜についてＸＲＤ（Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析を行った。図７に、ＸＲＤスペクトルを示す。図７に示すように、Ｓｉ（２００）以外のピークはβＧａ_２Ｏ_３の結晶構造を示すものであった。