JPH0936040A - Method and device for forming film - Google Patents
Method and device for forming filmInfo
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- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、成膜方法および装置に
関し、特に、複合元素薄膜の形成における組成制御に適
用して有効な技術に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming method and apparatus, and more particularly to a technique effective when applied to composition control in forming a composite element thin film.
【0002】[0002]
【従来の技術】本発明者が検討したところによれば、た
とえば、DRAMにおけるキャパシタ用の高誘電率体薄
膜の形成は、一般に基板表面に原料となるガスを供給
し、化学反応により膜を形成するCVD(Chemic
al Vapor Deposition)法または放
電プラズマ中のイオンをターゲットに衝突させ、ターゲ
ット原子をはじき出して基板表面に膜を形成するスパッ
タリング法が行われている。2. Description of the Related Art According to a study made by the present inventor, for example, in forming a high dielectric constant thin film for a capacitor in a DRAM, a gas as a raw material is generally supplied to the surface of a substrate to form a film by a chemical reaction. CVD (Chemic)
Al vapor deposition method or sputtering method in which ions in discharge plasma are made to collide with a target to eject target atoms to form a film on the substrate surface is used.
【0003】なお、CVD法およびスパッタリング法に
ついて詳しく述べてある例としては、株式会社プレスジ
ャーナル、平成4年7月20日発行「月刊セミコンダク
ターワールド」1992年8月号、P125〜P138
があり、この文献には、それぞれの方法による強誘電体
薄膜形成技術が記載されている。As an example in which the CVD method and the sputtering method are described in detail, Press Journal Co., Ltd., July 20, 1992, "Monthly Semiconductor World," August 1992, P125-P138.
In this document, the ferroelectric thin film forming technology by each method is described.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のよう
な強誘電体薄膜形成技術では、次のような問題点がある
ことが本発明者により見い出された。However, the present inventor has found that the ferroelectric thin film forming technique as described above has the following problems.
【0005】すなわち、CVD法およびスパッタリング
法では、蒸気圧の高い成分を含む材料がほとんどである
ので、その組成制御が困難であり、特に、PbTiO
3(チタン酸鉛)系の場合、膜中のPb成分の欠損が深刻
となっている。That is, in the CVD method and the sputtering method, most of the materials contain components having a high vapor pressure, so that it is difficult to control the composition, and in particular, PbTiO 3 is used.
In the case of 3 (lead titanate) system, the deficiency of Pb component in the film is serious.
【0006】本発明の目的は、CVD法とスパッタリン
グ法とを同時に行うことにより複合元素薄膜の形成にお
ける組成制御を良好にできる成膜方法および装置を提供
することにある。An object of the present invention is to provide a film forming method and apparatus capable of excellent composition control in forming a complex element thin film by simultaneously performing a CVD method and a sputtering method.
【0007】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。SUMMARY OF THE INVENTION Among the inventions disclosed in the present application, the outline of a representative one will be briefly described.
It is as follows.
【0009】すなわち、本発明の成膜方法は、化学的成
膜方法と物理的成膜方法とを同時に行い、複合元素薄膜
を形成するものである。That is, in the film forming method of the present invention, a chemical film forming method and a physical film forming method are simultaneously performed to form a composite element thin film.
【0010】また、本発明の成膜方法は、前記化学的成
膜方法がCVD法、前記物理的成膜方法がスパッタリン
グ法により複合元素薄膜を形成するものである。Further, in the film forming method of the present invention, the chemical film forming method is a CVD method, and the physical film forming method is a sputtering method to form a composite element thin film.
【0011】さらに、本発明の成膜方法は、スパッタリ
ング法により生成されるプラズマを酸素混合プラズマと
するものである。Further, in the film forming method of the present invention, the plasma generated by the sputtering method is oxygen mixed plasma.
【0012】また、本発明の成膜方法は、成膜された複
合元素が、比誘電率4以上の高誘電材料よりなるもので
ある。Further, in the film forming method of the present invention, the formed composite element is made of a high dielectric material having a relative dielectric constant of 4 or more.
【0013】さらに、本発明の成膜装置は、スパッタリ
ング法により成膜を行うスパッタリング手段と、CVD
法により成膜を行うCVD成膜手段とを設け、前記スパ
ッタリング手段とCVD成膜手段とにより成膜を同時に
行うものである。Further, the film forming apparatus of the present invention comprises a sputtering means for forming a film by a sputtering method and a CVD method.
A CVD film forming means for forming a film by the method is provided, and the film formation is performed simultaneously by the sputtering means and the CVD film forming means.
【0014】また、本発明の成膜装置は、前記スパッタ
リング手段に設けられたプラズマ生成を行う電源が、高
周波プラズマを生成させる高周波発生手段よりなるもの
である。Further, in the film forming apparatus of the present invention, the power source for plasma generation provided in the sputtering means is a high frequency generating means for generating high frequency plasma.
【0015】[0015]
【作用】上記した本発明の成膜方法によれば、蒸気圧の
高い成分の元素を物理的成膜方法であるスパッタリング
法により、その他の元素を化学的成膜方法であるCVD
法によって同時に成膜させることにより、組成制御が精
密に行われた複合元素薄膜を形成することができる。According to the above-described film forming method of the present invention, an element having a high vapor pressure is subjected to a sputtering method which is a physical film forming method, and other elements are a chemical film forming method such as CVD.
By simultaneously forming films by the method, a composite element thin film whose composition is precisely controlled can be formed.
【0016】また、上記した本発明の成膜方法によれ
ば、キャリアガスと同時に酸素を導入し、スパッタリン
グ法により生成されるプラズマを酸素混合プラズマにす
ることにより複合元素薄膜中の酸素不足を補うことがで
き、より良好な組成制御が行われた複合元素薄膜を形成
することができる。Further, according to the above-described film forming method of the present invention, oxygen is introduced at the same time as the carrier gas, and the plasma generated by the sputtering method is made into oxygen mixed plasma to compensate the oxygen deficiency in the composite element thin film. It is possible to form a composite element thin film with better composition control.
【0017】さらに、上記した本発明の成膜方法によれ
ば、成膜された複合元素を比誘電率4以上の高誘電材料
とすることによって、良好な強誘電体薄膜を形成するこ
とができる。Further, according to the above-described film forming method of the present invention, a good ferroelectric thin film can be formed by using the formed composite element as a high dielectric material having a relative dielectric constant of 4 or more. .
【0018】また、上記した本発明の成膜装置によれ
ば、スパッタリング手段により蒸気圧の高い成分の元素
をターゲットにしてスパッタを行いながら、その他の元
素をCVD成膜手段によって同時に成膜させることによ
り、組成制御が精密に行われた複合元素薄膜を形成する
ことができる。Further, according to the above-described film forming apparatus of the present invention, other elements are simultaneously formed by the CVD film forming means while performing sputtering while targeting an element having a high vapor pressure by the sputtering means. Thereby, a composite element thin film whose composition is precisely controlled can be formed.
【0019】さらに、上記した本発明の成膜装置によれ
ば、高周波発生手段より高周波プラズマを生成すること
によって、ターゲット材が絶縁物の元素であっても良好
なスパッタを行うことができる。Further, according to the film forming apparatus of the present invention described above, the high-frequency plasma is generated by the high-frequency generating means, so that good sputtering can be performed even if the target material is an insulating element.
【0020】[0020]
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0021】図1は、本発明の一実施例による成膜装置
の構成説明図である。FIG. 1 is a diagram showing the construction of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
【0022】本実施例において、複合元素により、たと
えば、DRAMのキャパシタに用いられる強誘電体薄膜
を形成する成膜装置1は、アルミニウムなどの材質から
なるチャンバ(処理室)2が設けられている。In this embodiment, a film forming apparatus 1 for forming a ferroelectric thin film used for a DRAM capacitor, for example, by a composite element is provided with a chamber (processing chamber) 2 made of a material such as aluminum. .
【0023】また、このチャンバ2の下方には、半導体
ウエハ(被処理物)3を載置するステージ(載置手段)
4が設けられ、ステージ4の下側には、ステージ4に載
置された半導体ウエハ3を加熱するタンタルヒータなど
のヒータ5が設けられている。Below the chamber 2, a stage (mounting means) for mounting a semiconductor wafer (object to be processed) 3 thereon.
4 is provided, and below the stage 4, a heater 5 such as a tantalum heater for heating the semiconductor wafer 3 mounted on the stage 4 is provided.
【0024】さらに、このヒータ5は電源5aに接続さ
れており、ステージ4に載置されている半導体ウエハ3
を600℃〜650℃程度まで自動的に加熱が行われ
る。Further, the heater 5 is connected to a power source 5a, and the semiconductor wafer 3 mounted on the stage 4 is connected.
Is automatically heated to about 600 ° C to 650 ° C.
【0025】また、成膜装置1には、ステージ4に載置
された半導体ウエハ3をスパッタリング法により成膜す
るスパッタリング手段S1およびCVD法により成膜す
るCVD成膜手段C1が設けられている。Further, the film forming apparatus 1 is provided with a sputtering means S1 for forming a film on the semiconductor wafer 3 placed on the stage 4 by a sputtering method and a CVD film forming means C1 for forming a film by the CVD method.
【0026】さらに、成膜装置1にはチャンバ2内の上
方に電極6が設けられ、この電極6はプラズマを発生さ
せる励起エネルギ源となる、たとえば、13.56MHz
程度の高周波電源を発生する高周波発生器(高周波発生
手段)7と接続され、電極6と高周波発生器7との間に
はチャンバ2内のインピーダンス変化に合わせて整合を
行うブロッキングコンデンサ8が直列接続されている。Further, the film deposition apparatus 1 is provided with an electrode 6 above the chamber 2, and the electrode 6 serves as an excitation energy source for generating plasma, for example, 13.56 MHz.
A blocking capacitor 8 is connected in series between the electrode 6 and the high-frequency generator 7, which is connected to a high-frequency generator (high-frequency generator) 7 that generates a high-frequency power source of a certain degree. Has been done.
【0027】そして、これら電極6、高周波発生器7お
よびブロッキングコンデンサ8により、プラズマを発生
させる電源印加手段D1が構成されている。The electrode 6, the high frequency generator 7 and the blocking capacitor 8 constitute a power source applying means D1 for generating plasma.
【0028】さらに、電極6の下側には、成膜したい元
素、たとえば、Pb(鉛)からなるターゲット9が設け
られている。Further, below the electrode 6, a target 9 made of an element to be formed into a film, for example, Pb (lead) is provided.
【0029】また、成膜装置1は、チャンバ2における
プラズマ生成時に、一種の化学反応を伴わせてスパッタ
を行うための、たとえば、O2(酸素)ガスなどの活性ガ
スを導入する生成ガス導入管(活性ガス供給手段)10
が設けられ、この生成ガス導入管10は、O2 ガスを供
給する図示しないO2 ガス供給手段に接続されている。Further, the film forming apparatus 1 introduces a generated gas for introducing an active gas such as O 2 (oxygen) gas for performing sputtering with a kind of chemical reaction when plasma is generated in the chamber 2. Tube (active gas supply means) 10
Is provided, the product gas introduction pipe 10 is connected to the O 2 gas supply means (not shown) for supplying an O 2 gas.
【0030】さらに、成膜装置1には、チャンバ2内を
真空引きするターボ分子ポンプなどの真空ポンプ(真空
引き手段)11が設けられている。Further, the film forming apparatus 1 is provided with a vacuum pump (vacuum evacuation means) 11 such as a turbo molecular pump for evacuating the chamber 2.
【0031】また、成膜装置1は、チャンバ2内に所定
のガスを導入する導入管(反応ガス供給手段)12が設
けられており、プラズマ反応ガスとなるAr(アルゴ
ン)ガスが供給されている。Further, the film forming apparatus 1 is provided with an introduction pipe (reaction gas supply means) 12 for introducing a predetermined gas into the chamber 2, and is supplied with Ar (argon) gas as a plasma reaction gas. There is.
【0032】そして、これら電極6、高周波発生器7、
ブロッキングコンデンサ8、ターゲット9、生成ガス導
入管10および導入管12によりスパッタリング手段S
1が構成されている。Then, these electrodes 6, high frequency generator 7,
The sputtering means S is formed by the blocking capacitor 8, the target 9, the generated gas introducing pipe 10 and the introducing pipe 12.
1 is configured.
【0033】次に、成膜装置1には、Ti(Oi−C3
H7)4 (テトライソプロポキシチタン)などの有機金属
ガスを供給する有機ガス供給系(有機金属ガス供給手
段)13が設けられ、この有機ガス供給系13は前述し
た導入管12に接続されている。Next, in the film forming apparatus 1, Ti (Oi-C 3
An organic gas supply system (organic metal gas supply means) 13 for supplying an organic metal gas such as H 7 ) 4 (tetraisopropoxytitanium) is provided, and this organic gas supply system 13 is connected to the above-described introduction pipe 12. There is.
【0034】この導入管12から供給されているArガ
スが、Ti(Oi−C3 H7)4 のキャリアガスとして有
機ガス供給系13の近傍に設けられた図示しない加熱ヒ
ータにより30℃程度の温度に加熱されてチャンバ2内
に導入される。Ar gas supplied from the introduction pipe 12 is heated to about 30 ° C. by a heater (not shown) provided near the organic gas supply system 13 as a carrier gas of Ti (Oi—C 3 H 7 ) 4 . It is heated to a temperature and introduced into the chamber 2.
【0035】また、これら導入管12および有機ガス供
給系13によりCVD成膜手段が構成されている。The introduction tube 12 and the organic gas supply system 13 constitute a CVD film forming means.
【0036】次に、本実施例の作用について説明する。Next, the operation of this embodiment will be described.
【0037】まず、ステージ4に半導体ウエハ3を搭載
し、ヒータ8によって半導体ウエハ3を600℃〜65
0℃程度まで加熱する。First, the semiconductor wafer 3 is mounted on the stage 4, and the semiconductor wafer 3 is heated to 600 ° C. to 65 ° C. by the heater 8.
Heat to about 0 ° C.
【0038】そして、真空ポンプ11を動作させ、加熱
ヒータによって30℃程度に加熱された有機ガス供給系
13から供給される有機金属ガスをキャリアガスである
Arガスと伴に導入管12を介してチャンバ2内に供給
する。Then, the vacuum pump 11 is operated, and the organometallic gas supplied from the organic gas supply system 13 heated to about 30 ° C. by the heater is introduced with the Ar gas as the carrier gas through the introduction pipe 12. Supply into the chamber 2.
【0039】ここで、CVD法による成膜において、所
望の組成比となるように条件出しを行い、有機金属ガス
の流量およびチャンバ内の圧力を設定する。Here, in the film formation by the CVD method, conditions are set so as to obtain a desired composition ratio, and the flow rate of the organometallic gas and the pressure in the chamber are set.
【0040】次に、生成ガス導入管10からプラズマ生
成ガスである酸素をチャンバ2内に供給し、高周波発生
器7により13.56MHz程度の高周波を印加する。Next, oxygen, which is a plasma generation gas, is supplied into the chamber 2 from the generated gas introduction pipe 10, and a high frequency of about 13.56 MHz is applied by the high frequency generator 7.
【0041】ここでも、同様に、CVD法を行いながら
スパッタを行い、高周波電源のパワーを可変させて条件
出しを行い、スパッタレートの制御を行う。Also in this case, similarly, sputtering is performed while the CVD method is performed, conditions are set by varying the power of the high frequency power source, and the sputtering rate is controlled.
【0042】そして、CVD法における有機金属ガスの
流量およびチャンバ内の圧力およびスパッタの高周波電
源のパワーが設定されると、次回からはCVD法とスパ
ッタリング法を同時に行うことにより、所定の組成制御
が行われた複合元素薄膜を形成することができる。When the flow rate of the organometallic gas in the CVD method, the pressure in the chamber, and the power of the high frequency power source for sputtering are set, the CVD method and the sputtering method are performed simultaneously from the next time, so that a predetermined composition control can be performed. The formed composite element thin film can be formed.
【0043】それにより、本実施例においては、有機金
属ガスにより供給できない元素および温度特性上組成比
率の制御が困難な元素をスパッタリング手段S1によっ
てスパッタリング法により成膜させ、その他の元素をC
VD成膜手段C1によってCVD法により成膜させるこ
とにより、組成比率を精密に制御しながら複合元素薄膜
を形成することができる。As a result, in this embodiment, the elements that cannot be supplied by the organometallic gas and the elements whose composition ratio is difficult to control due to the temperature characteristics are formed into a film by the sputtering method by the sputtering means S1, and the other elements are changed to C.
By forming the film by the VD film forming means C1 by the CVD method, the composite element thin film can be formed while controlling the composition ratio precisely.
【0044】以上、本発明者によってなされた発明を実
施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the embodiments and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
【0045】たとえば、前記実施例では、スパッタリン
グ法におけるターゲットは1元素であったが、スパッタ
リング法に用いるターゲットは1元素だけでなくてもよ
く、複数のターゲットを成膜装置内に設けることによっ
て1度のスパッタリング法により複数の元素における成
膜を行うこともできる。For example, in the above embodiment, the target in the sputtering method was one element, but the target used in the sputtering method is not limited to one element, and a plurality of targets can be provided in the film forming apparatus. Film formation using a plurality of elements can also be performed by a single sputtering method.
【0046】[0046]
【発明の効果】本願によって開示される発明のうち、代
表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。The effects obtained by the typical ones of the inventions disclosed in this application will be briefly described as follows.
It is as follows.
【0047】(1)本発明によれば、物理的成膜方法お
よび化学的成膜方法によって同時に成膜させることによ
り、複合元素薄膜における組成比の制御を精密に行うこ
とができる。(1) According to the present invention, the composition ratio in the composite element thin film can be precisely controlled by simultaneously forming the film by the physical film forming method and the chemical film forming method.
【0048】(2)また、本発明では、有機金属ガスを
供給しにくい元素であっても複合元素薄膜を容易に形成
できるようになる。(2) Further, according to the present invention, a complex element thin film can be easily formed even with an element which is difficult to supply the organometallic gas.
【0049】(3)さらに、本発明においては、上記
(1),(2)により、高品質の強誘電体薄膜を容易に成
膜することができ、DRAMなどの電気的特性を向上さ
せることができる。(3) Further, in the present invention, by the above (1) and (2), it is possible to easily form a high-quality ferroelectric thin film and improve the electrical characteristics of a DRAM or the like. You can
【図1】本発明の一実施例による成膜装置の構成説明図
である。FIG. 1 is a structural explanatory view of a film forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
1 成膜装置 2 チャンバ(処理室) 3 半導体ウエハ(被処理物) 4 ステージ(載置手段) 5 ヒータ 5a 電源 6 電極 7 高周波発生器(高周波発生手段) 8 ブロッキングコンデンサ 9 ターゲット 10 生成ガス導入管(活性ガス供給手段) 11 真空ポンプ(真空引き手段) 12 導入管(反応ガス供給手段) 13 有機ガス供給系(有機金属ガス供給手段) S1 スパッタリング手段 C1 CVD成膜手段 D1 電源印加手段 DESCRIPTION OF REFERENCE NUMERALS 1 film forming apparatus 2 chamber (processing chamber) 3 semiconductor wafer (object to be processed) 4 stage (placement means) 5 heater 5a power supply 6 electrode 7 high frequency generator (high frequency generation means) 8 blocking capacitor 9 target 10 generated gas introduction pipe (Active gas supply means) 11 Vacuum pump (vacuum evacuation means) 12 Introduction pipe (reaction gas supply means) 13 Organic gas supply system (organic metal gas supply means) S1 Sputtering means C1 CVD film forming means D1 Power supply applying means
フロントページの続き (72)発明者 伊藤 秀文 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内Front page continued (72) Inventor Hidefumi Ito 2326 Imai, Ome-shi, Tokyo Hitachi, Ltd. Device Development Center
Claims (7)
時に行い、被処理物に複合元素薄膜を形成することを特
徴とする成膜方法。1. A film forming method, which comprises performing a chemical film forming method and a physical film forming method at the same time to form a complex element thin film on an object to be processed.
化学的成膜方法がCVD法であり、前記物理的成膜方法
がスパッタリング法であることを特徴とする成膜方法。2. The film forming method according to claim 1, wherein the chemical film forming method is a CVD method and the physical film forming method is a sputtering method.
スパッタリング法により生成されるプラズマが、酸素プ
ラズマであることを特徴とする成膜方法。3. The film forming method according to claim 2, wherein the plasma generated by the sputtering method is oxygen plasma.
おいて、成膜された前記複合元素が、比誘電率4以上の
高誘電材料であることを特徴とする成膜方法。4. The film forming method according to claim 1, wherein the composite element formed is a high dielectric material having a relative dielectric constant of 4 or more.
設けられた成膜装置であって、前記処理室内に設けられ
た載置手段に載置された被処理物の成膜をスパッタリン
グ法により行うスパッタリング手段と、前記被処理物の
成膜をCVD法により行うCVD成膜手段とを設け、前
記スパッタリング手段と前記CVD成膜手段とにより前
記被処理物の成膜を同時に行うことを特徴とする成膜装
置。5. A film forming apparatus provided with a vacuuming means for vacuuming the inside of a processing chamber, wherein film formation of an object to be processed placed on a mounting means provided in the processing chamber is performed by a sputtering method. A sputtering means for performing and a CVD film forming means for forming a film of the object to be processed by a CVD method are provided, and the object to be processed is formed simultaneously by the sputtering means and the CVD film forming means. Film forming apparatus.
スパッタリング手段が、前記処理室に反応ガスを供給す
る反応ガス供給手段と、前記処理室に活性ガスを供給す
る活性ガス供給手段と、成膜の材料であるターゲット
と、プラズマを発生させる電源印加手段とよりなり、前
記CVD成膜手段が、前記処理室にCVD成膜用の有機
金属ガスをキャリアガスと伴に供給する有機金属ガス供
給手段とよりなることを特徴とする成膜装置。6. The film forming apparatus according to claim 5, wherein the sputtering means supplies a reactive gas to the processing chamber, and an active gas supply means to supply an active gas to the processing chamber. An organic metal gas comprising a target that is a material for film formation and a power supply means that generates plasma, and the CVD film formation means supplies an organic metal gas for CVD film formation to the processing chamber together with a carrier gas. A film forming apparatus comprising a supply means.
電源印加手段により印加される電圧が、高周波プラズマ
を生成させる高周波発生手段であることを特徴とする成
膜装置。7. The film forming apparatus according to claim 6, wherein the voltage applied by the power supply applying means is a high frequency generating means for generating high frequency plasma.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17784895A JPH0936040A (en) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | Method and device for forming film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP17784895A JPH0936040A (en) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | Method and device for forming film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH0936040A true JPH0936040A (en) | 1997-02-07 |
Family
ID=16038168
Family Applications (1)
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JP17784895A Pending JPH0936040A (en) | 1995-07-14 | 1995-07-14 | Method and device for forming film |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0936040A (en) |
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