JP2002093807A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置の製造方法Info
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- JP2002093807A JP2002093807A JP2000276030A JP2000276030A JP2002093807A JP 2002093807 A JP2002093807 A JP 2002093807A JP 2000276030 A JP2000276030 A JP 2000276030A JP 2000276030 A JP2000276030 A JP 2000276030A JP 2002093807 A JP2002093807 A JP 2002093807A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成する。
【解決手段】 ウェハ移載装置によりシリコンウェハを
予め加熱されたセラミックヒータ5上に載置し、シリコ
ンウェハを350〜500℃に加熱するとともに、反応
容器1内の圧力を20Pa以下とし、SiH4ガスとN
H3ガスとの混合ガスである原料ガスをシリコン原料割
合を1/5〜1/2として供給管4を介してシャワーヘ
ッド3に供給し、高周波電源7により放電用電極6に高
周波電力を印加して、反応容器1内にプラズマを発生さ
せることにより、シリコンウェハ上に窒化珪素膜を形成
する。
予め加熱されたセラミックヒータ5上に載置し、シリコ
ンウェハを350〜500℃に加熱するとともに、反応
容器1内の圧力を20Pa以下とし、SiH4ガスとN
H3ガスとの混合ガスである原料ガスをシリコン原料割
合を1/5〜1/2として供給管4を介してシャワーヘ
ッド3に供給し、高周波電源7により放電用電極6に高
周波電力を印加して、反応容器1内にプラズマを発生さ
せることにより、シリコンウェハ上に窒化珪素膜を形成
する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は基板の表面に窒化珪
素膜を形成する半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
素膜を形成する半導体装置の製造方法に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】窒化珪素膜は半導体装置の製造工程にお
いて酸化膜のエッチングストッパ膜として適用されてい
るが、従来シリコンウェハの表面に窒化珪素膜を形成す
るには、熱CVD法を用いている。
いて酸化膜のエッチングストッパ膜として適用されてい
るが、従来シリコンウェハの表面に窒化珪素膜を形成す
るには、熱CVD法を用いている。
【0003】しかし、熱CVD法によりシリコンウェハ
の表面に窒化珪素膜を形成したときには、シリコンウェ
ハが600℃以上の高温下に30分以上さらされるか
ら、シリコンウェハの表面近くに形成された不純物拡散
層の不純物の濃度勾配が変化し、シリコンウェハに形成
された半導体装置の特性劣化を引き起こす。
の表面に窒化珪素膜を形成したときには、シリコンウェ
ハが600℃以上の高温下に30分以上さらされるか
ら、シリコンウェハの表面近くに形成された不純物拡散
層の不純物の濃度勾配が変化し、シリコンウェハに形成
された半導体装置の特性劣化を引き起こす。
【0004】このため、400℃程度の低温で成膜が可
能なプラズマCVD法によりシリコンウェハの表面に窒
化珪素膜を形成することが考えられている。
能なプラズマCVD法によりシリコンウェハの表面に窒
化珪素膜を形成することが考えられている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、プラズマCV
D法によりシリコンウェハの表面に窒化珪素膜を形成す
る場合、結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成することが
難しい。したがって、特性の良好な半導体装置を製造す
ることが困難である。
D法によりシリコンウェハの表面に窒化珪素膜を形成す
る場合、結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成することが
難しい。したがって、特性の良好な半導体装置を製造す
ることが困難である。
【0006】本発明は上述の課題を解決するためになさ
れたもので、結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成するこ
とができ半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
れたもので、結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成するこ
とができ半導体装置の製造方法を提供することを目的と
する。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明においては、内部にプラズマを生成して基板
を処理する反応容器内にSiH4とNH3とを供給し、
プラズマCVD法により上記基板の表面に窒化珪素膜を
形成する半導体装置の製造方法において、シリコン原料
割合を1/5〜1/2にする。
め、本発明においては、内部にプラズマを生成して基板
を処理する反応容器内にSiH4とNH3とを供給し、
プラズマCVD法により上記基板の表面に窒化珪素膜を
形成する半導体装置の製造方法において、シリコン原料
割合を1/5〜1/2にする。
【0008】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係る半導体装置の
製造方法を実施するため半導体装置の製造装置すなわち
プラズマCVD装置を示す概略断面図である。図に示す
ように、内部にプラズマ生成領域が設定されかつ上部に
酸化アルミニウムからなるドーム1aを有する反応容器
1の下部に排気口2が設けられ、排気口2に排気用真空
ポンプ(図示せず)が接続され、排気口2、排気用真空
ポンプにより反応容器1内の雰囲気を排気する排気手段
が構成されている。また、反応容器1の上部にシャワー
ヘッド3が設けられ、シャワーヘッド3に原料ガスを供
給する供給管4が設けられ、シャワーヘッド3、供給管
4によりプラズマ生成領域に原料ガス等の処理用ガスを
導入する処理用ガス導入手段が構成されている。また、
反応容器1内にセラミックヒータ5が設けられ、セラミ
ックヒータ5は窒化アルミニウムからなり、セラミック
ヒータ5は内部に600℃以上に加熱可能な抵抗加熱ヒ
ータを有している。そして、ドーム1aはセラミックヒ
ータ5の上面すなわち基板の設置面より上側に位置して
いる。また、ドーム1aの側部外方にすなわちプラズマ
生成領域を囲むように円筒状の放電用電極6が設けら
れ、放電用電極6に高周波電源7が接続され、放電用電
極6と高周波電源7との間にマッチングボックス8が接
続され、ドーム1aの側部外方にリング状のマグネット
9が設けられ、マグネット9はプラズマ生成領域に放電
用電極6の中心軸方向にほぼ平行な磁界を有するような
磁力線を形成する磁力線形成手段を構成している。ま
た、反応容器1の外側にカバー10が設けられている。
また、シリコンウェハを反応容器1内に導入するための
ウェハ移載装置(図示せず)が設けられており、ウェハ
移載装置は外部ロボットと協動して動作する。
製造方法を実施するため半導体装置の製造装置すなわち
プラズマCVD装置を示す概略断面図である。図に示す
ように、内部にプラズマ生成領域が設定されかつ上部に
酸化アルミニウムからなるドーム1aを有する反応容器
1の下部に排気口2が設けられ、排気口2に排気用真空
ポンプ(図示せず)が接続され、排気口2、排気用真空
ポンプにより反応容器1内の雰囲気を排気する排気手段
が構成されている。また、反応容器1の上部にシャワー
ヘッド3が設けられ、シャワーヘッド3に原料ガスを供
給する供給管4が設けられ、シャワーヘッド3、供給管
4によりプラズマ生成領域に原料ガス等の処理用ガスを
導入する処理用ガス導入手段が構成されている。また、
反応容器1内にセラミックヒータ5が設けられ、セラミ
ックヒータ5は窒化アルミニウムからなり、セラミック
ヒータ5は内部に600℃以上に加熱可能な抵抗加熱ヒ
ータを有している。そして、ドーム1aはセラミックヒ
ータ5の上面すなわち基板の設置面より上側に位置して
いる。また、ドーム1aの側部外方にすなわちプラズマ
生成領域を囲むように円筒状の放電用電極6が設けら
れ、放電用電極6に高周波電源7が接続され、放電用電
極6と高周波電源7との間にマッチングボックス8が接
続され、ドーム1aの側部外方にリング状のマグネット
9が設けられ、マグネット9はプラズマ生成領域に放電
用電極6の中心軸方向にほぼ平行な磁界を有するような
磁力線を形成する磁力線形成手段を構成している。ま
た、反応容器1の外側にカバー10が設けられている。
また、シリコンウェハを反応容器1内に導入するための
ウェハ移載装置(図示せず)が設けられており、ウェハ
移載装置は外部ロボットと協動して動作する。
【0009】つぎに、本発明に係る半導体装置の製造方
法を説明する。まず、ウェハ移載装置によりシリコンウ
ェハを予め加熱されたセラミックヒータ5上に載置す
る。つぎに、シリコンウェハを350〜500℃に加熱
するとともに、反応容器1内の圧力を20Pa以下とす
る。つぎに、SiH4ガスとNH3ガスとの混合ガスで
ある原料ガスを供給管4を介してシャワーヘッド3に供
給する。この場合、原料ガスのSiH4ガスの供給量と
NH3ガスの供給量との和に対するSiH4ガスの供給
量の割合すなわちシリコン原料割合を1/5〜1/2に
する。つぎに、高周波電源7により放電用電極6に高周
波電力を印加して、反応容器1内にプラズマを発生させ
る。この場合、高周波電源7により投入する高周波電力
値を1000W以下とする。すると、原料ガスがシャワ
ーヘッド3を介してシリコンウェハに対してシャワー状
に供給され、供給された原料ガスはプラズマにより分解
され、分解された原料ガス中のシリコン原子と窒素原子
とが結合して窒化珪素となり、窒化珪素がシリコンウェ
ハ上に付着するから、シリコンウェハ上に窒化珪素膜が
形成される。そして、シリコンウェハ上に窒化珪素膜が
形成されたのち、高周波電力の印加を停止するととも
に、原料ガスの供給を停止し、ウェハ移載装置により窒
化珪素膜が形成されたシリコンウェハを反応容器1外に
搬出し、窒化珪素膜を形成すべき新たなシリコンウェハ
をセラミックヒータ5上に載置する。以下同様にしてシ
リコンウェハ上に窒化珪素膜を形成する。
法を説明する。まず、ウェハ移載装置によりシリコンウ
ェハを予め加熱されたセラミックヒータ5上に載置す
る。つぎに、シリコンウェハを350〜500℃に加熱
するとともに、反応容器1内の圧力を20Pa以下とす
る。つぎに、SiH4ガスとNH3ガスとの混合ガスで
ある原料ガスを供給管4を介してシャワーヘッド3に供
給する。この場合、原料ガスのSiH4ガスの供給量と
NH3ガスの供給量との和に対するSiH4ガスの供給
量の割合すなわちシリコン原料割合を1/5〜1/2に
する。つぎに、高周波電源7により放電用電極6に高周
波電力を印加して、反応容器1内にプラズマを発生させ
る。この場合、高周波電源7により投入する高周波電力
値を1000W以下とする。すると、原料ガスがシャワ
ーヘッド3を介してシリコンウェハに対してシャワー状
に供給され、供給された原料ガスはプラズマにより分解
され、分解された原料ガス中のシリコン原子と窒素原子
とが結合して窒化珪素となり、窒化珪素がシリコンウェ
ハ上に付着するから、シリコンウェハ上に窒化珪素膜が
形成される。そして、シリコンウェハ上に窒化珪素膜が
形成されたのち、高周波電力の印加を停止するととも
に、原料ガスの供給を停止し、ウェハ移載装置により窒
化珪素膜が形成されたシリコンウェハを反応容器1外に
搬出し、窒化珪素膜を形成すべき新たなシリコンウェハ
をセラミックヒータ5上に載置する。以下同様にしてシ
リコンウェハ上に窒化珪素膜を形成する。
【0010】図1に示した半導体装置の製造装置におい
ては、上部に酸化アルミニウムからなるドーム1aを有
する反応容器1、窒化アルミニウムからなるセラミック
ヒータ5を有するから、プラズマCVD装置の金属汚染
レベルが低いので、窒化珪素膜中の金属濃度が低くな
り、良好な窒化珪素膜を形成することができる。
ては、上部に酸化アルミニウムからなるドーム1aを有
する反応容器1、窒化アルミニウムからなるセラミック
ヒータ5を有するから、プラズマCVD装置の金属汚染
レベルが低いので、窒化珪素膜中の金属濃度が低くな
り、良好な窒化珪素膜を形成することができる。
【0011】また、上記の半導体装置の製造方法におい
ては、シリコンウェハを350〜500℃に加熱すると
ともに、反応容器1内の圧力を20Pa以下としている
から、窒化珪素膜中の水素濃度を確実に低くすることが
できるので、シリコンウェハに形成された不純物拡散層
の不純物であるボロン等の拡散が誘発されることが極め
て少なくなり、シリコンウェハに形成された素子の特性
劣化を引き起こすことが極めて少なくなる。また、上部
に酸化アルミニウムからなるドーム1aを有する反応容
器1、窒化アルミニウムからなるセラミックヒータ5を
用いているから、プラズマCVD装置の金属汚染レベル
が低いので、窒化珪素膜中の金属濃度が低くなり、良好
な窒化珪素膜を形成することができる。また、原料ガス
のシリコン原料割合を1/5〜1/2にしているから、
結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成することができる。
また、高周波電源7により投入する高周波電力値を10
00W以下としているから、窒化珪素膜のステップカバ
レジが良好であり、オーバハングが発生することがな
い。したがって、特性の良好な半導体装置を製造するこ
とができる。
ては、シリコンウェハを350〜500℃に加熱すると
ともに、反応容器1内の圧力を20Pa以下としている
から、窒化珪素膜中の水素濃度を確実に低くすることが
できるので、シリコンウェハに形成された不純物拡散層
の不純物であるボロン等の拡散が誘発されることが極め
て少なくなり、シリコンウェハに形成された素子の特性
劣化を引き起こすことが極めて少なくなる。また、上部
に酸化アルミニウムからなるドーム1aを有する反応容
器1、窒化アルミニウムからなるセラミックヒータ5を
用いているから、プラズマCVD装置の金属汚染レベル
が低いので、窒化珪素膜中の金属濃度が低くなり、良好
な窒化珪素膜を形成することができる。また、原料ガス
のシリコン原料割合を1/5〜1/2にしているから、
結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成することができる。
また、高周波電源7により投入する高周波電力値を10
00W以下としているから、窒化珪素膜のステップカバ
レジが良好であり、オーバハングが発生することがな
い。したがって、特性の良好な半導体装置を製造するこ
とができる。
【0012】図2は反応容器1内の圧力を10Paと
し、SiH4ガスの供給量を100cc/min、NH3
ガスの供給量200cc/minとし、高周波電力値を4
30Wとした窒化珪素膜の成膜時のシリコンウェハの温
度と窒化珪素膜中の水素濃度との関係を示すグラフであ
る。このグラフから明らかなように、成膜時のシリコン
ウェハの温度が350℃以上のときには窒化珪素膜中の
水素濃度が10%以下となり、窒化珪素膜中の水素濃度
が10%以下となると、シリコンウェハに形成された不
純物拡散層の不純物であるボロン等の拡散が誘発される
ことが極めて少なくなり、シリコンウェハに形成された
素子の特性劣化を引き起こすことが極めて少なくなる。
また、成膜時のシリコンウェハの温度が高いほど窒化珪
素膜中の水素濃度が低くなるが、成膜時のシリコンウェ
ハの温度が500℃を越えると、シリコンウェハの表面
近くに形成された不純物拡散層の不純物の濃度勾配が変
化し、シリコンウェハに形成された素子の特性劣化を引
き起こす。したがって、成膜時のシリコンウェハの温度
を350〜500℃とするのが適当である。
し、SiH4ガスの供給量を100cc/min、NH3
ガスの供給量200cc/minとし、高周波電力値を4
30Wとした窒化珪素膜の成膜時のシリコンウェハの温
度と窒化珪素膜中の水素濃度との関係を示すグラフであ
る。このグラフから明らかなように、成膜時のシリコン
ウェハの温度が350℃以上のときには窒化珪素膜中の
水素濃度が10%以下となり、窒化珪素膜中の水素濃度
が10%以下となると、シリコンウェハに形成された不
純物拡散層の不純物であるボロン等の拡散が誘発される
ことが極めて少なくなり、シリコンウェハに形成された
素子の特性劣化を引き起こすことが極めて少なくなる。
また、成膜時のシリコンウェハの温度が高いほど窒化珪
素膜中の水素濃度が低くなるが、成膜時のシリコンウェ
ハの温度が500℃を越えると、シリコンウェハの表面
近くに形成された不純物拡散層の不純物の濃度勾配が変
化し、シリコンウェハに形成された素子の特性劣化を引
き起こす。したがって、成膜時のシリコンウェハの温度
を350〜500℃とするのが適当である。
【0013】図3は成膜時のシリコンウェハの温度を5
00℃とし、SiH4ガスの供給量を100cc/mi
n、NH3ガスの供給量200cc/minとし、高周波電
力値を430Wとした窒化珪素膜の成膜時の反応容器1
内の圧力と窒化珪素膜中の水素濃度との関係を示すグラ
フである。このグラフから明らかなように、成膜時の反
応容器1内の圧力が20Pa以下のときには窒化珪素膜
中の水素濃度が10%以下となり、窒化珪素膜中の水素
濃度が10%以下となると、シリコンウェハに形成され
た不純物拡散層の不純物であるボロン等の拡散が誘発さ
れることが極めて少なくなり、シリコンウェハに形成さ
れた素子の特性劣化を引き起こすことが極めて少なくな
る。したがって、成膜時の反応容器1内の圧力を20P
a以下とするのが適当である。
00℃とし、SiH4ガスの供給量を100cc/mi
n、NH3ガスの供給量200cc/minとし、高周波電
力値を430Wとした窒化珪素膜の成膜時の反応容器1
内の圧力と窒化珪素膜中の水素濃度との関係を示すグラ
フである。このグラフから明らかなように、成膜時の反
応容器1内の圧力が20Pa以下のときには窒化珪素膜
中の水素濃度が10%以下となり、窒化珪素膜中の水素
濃度が10%以下となると、シリコンウェハに形成され
た不純物拡散層の不純物であるボロン等の拡散が誘発さ
れることが極めて少なくなり、シリコンウェハに形成さ
れた素子の特性劣化を引き起こすことが極めて少なくな
る。したがって、成膜時の反応容器1内の圧力を20P
a以下とするのが適当である。
【0014】図4は原料ガスのシリコン原料割合と形成
された窒化珪素膜の屈折率との関係を示すグラフであ
る。このグラフから明らかなように、シリコン原料割合
が1/5〜1/2のときには窒化珪素膜の屈折率は1.
90〜2.10であり、窒化珪素膜の屈折率が1.90
〜2.10のときには窒化珪素膜の結晶構造が良好であ
る。したがって、シリコン原料割合を1/5〜1/2に
するのが適当である。また、シリコン原料割合を1/5
〜1/2の間で変化させることにより、窒化珪素膜の屈
折率を1.90〜2.10の間で変化させることがで
き、屈折率を所望の値にすることができる。
された窒化珪素膜の屈折率との関係を示すグラフであ
る。このグラフから明らかなように、シリコン原料割合
が1/5〜1/2のときには窒化珪素膜の屈折率は1.
90〜2.10であり、窒化珪素膜の屈折率が1.90
〜2.10のときには窒化珪素膜の結晶構造が良好であ
る。したがって、シリコン原料割合を1/5〜1/2に
するのが適当である。また、シリコン原料割合を1/5
〜1/2の間で変化させることにより、窒化珪素膜の屈
折率を1.90〜2.10の間で変化させることがで
き、屈折率を所望の値にすることができる。
【0015】図5は高周波電源7により投入する高周波
電力値とステップカバレッジとの関係を示すグラフであ
る。ここで、ステップカバレッジは図6に示す窒化珪素
膜の膜厚b(孔の径0.6μmと同じ深さ0.6μmに
おける膜厚)と膜厚a(表面における膜厚)との比(b
/a)である。このグラフから明らかなように、高周波
電力値を1000W以下にしたときにはステップカバレ
ッジが35%以上であり、ステップカバレッジが35%
以上のときにはオーバハングが発生するのを防止するこ
とができ、また次工程の成膜でボイド(void)の発生を
抑えることができる。したがって、高周波電力値を10
00W以下にするのが適当である。
電力値とステップカバレッジとの関係を示すグラフであ
る。ここで、ステップカバレッジは図6に示す窒化珪素
膜の膜厚b(孔の径0.6μmと同じ深さ0.6μmに
おける膜厚)と膜厚a(表面における膜厚)との比(b
/a)である。このグラフから明らかなように、高周波
電力値を1000W以下にしたときにはステップカバレ
ッジが35%以上であり、ステップカバレッジが35%
以上のときにはオーバハングが発生するのを防止するこ
とができ、また次工程の成膜でボイド(void)の発生を
抑えることができる。したがって、高周波電力値を10
00W以下にするのが適当である。
【0016】なお、上述実施の形態においては、基板が
シリコンウェハの場合について説明したが、他の基板の
場合にも本発明を適用することができる。
シリコンウェハの場合について説明したが、他の基板の
場合にも本発明を適用することができる。
【0017】
【発明の効果】本発明に係る半導体装置の製造方法にお
いては、結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成することが
できるから、特性の良好な半導体装置を製造することが
できる。
いては、結晶構造が良好な窒化珪素膜を形成することが
できるから、特性の良好な半導体装置を製造することが
できる。
【図1】本発明に係る半導体装置の製造方法を実施する
ため半導体装置の製造装置を示す概略断面図である。
ため半導体装置の製造装置を示す概略断面図である。
【図2】成膜時のシリコンウェハの温度と窒化珪素膜中
の水素濃度との関係を示すグラフである。
の水素濃度との関係を示すグラフである。
【図3】成膜時の反応容器内の圧力と窒化珪素膜中の水
素濃度との関係を示すグラフである。
素濃度との関係を示すグラフである。
【図4】原料ガスのシリコン原料割合と形成された窒化
珪素膜の屈折率との関係を示すグラフである。
珪素膜の屈折率との関係を示すグラフである。
【図5】高周波電源により投入する高周波電力値とステ
ップカバレッジとの関係を示すグラフである。
ップカバレッジとの関係を示すグラフである。
【図6】図5におけるステップカバレッジの説明図であ
る。
る。
1…反応容器 3…シャワーヘッド 5…セラミックヒータ 6…放電用電極 7…高周波電源 9…マグネット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4K030 AA06 AA13 BA40 CA04 FA01 FA04 JA06 LA15 5F045 AA08 AB33 AC01 AC12 AD07 AD08 AD09 AE17 AF03 BB14 BB19 DP03 EB03 EH14 EH16 EK09 5F058 BA09 BC08 BF07 BF23 BF30 BF37 BF39 BG01 BJ01
Claims (1)
- 【請求項1】内部にプラズマを生成して基板を処理する
反応容器内にSiH4とNH3とを供給し、プラズマC
VD法により上記基板の表面に窒化珪素膜を形成する半
導体装置の製造方法において、シリコン原料割合を1/
5〜1/2にすることを特徴とする半導体装置の製造方
法。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
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JP (1) | JP2002093807A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009235504A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Fujifilm Corp | 窒化珪素膜の成膜方法、ガスバリアフィルムの製造方法、および、ガスバリアフィルム |
JP2009235510A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Fujifilm Corp | 窒化珪素膜の成膜方法、ガスバリアフィルムの製造方法、および、ガスバリアフィルム |
JP2010001535A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Fujifilm Corp | ガスバリア膜の形成方法およびガスバリア膜 |
-
2000
- 2000-09-12 JP JP2000276030A patent/JP2002093807A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009235504A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Fujifilm Corp | 窒化珪素膜の成膜方法、ガスバリアフィルムの製造方法、および、ガスバリアフィルム |
JP2009235510A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Fujifilm Corp | 窒化珪素膜の成膜方法、ガスバリアフィルムの製造方法、および、ガスバリアフィルム |
JP2010001535A (ja) * | 2008-06-20 | 2010-01-07 | Fujifilm Corp | ガスバリア膜の形成方法およびガスバリア膜 |
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