JPH11236666A - Film forming device and production of dielectric film - Google Patents
Film forming device and production of dielectric filmInfo
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- JPH11236666A JPH11236666A JP10043781A JP4378198A JPH11236666A JP H11236666 A JPH11236666 A JP H11236666A JP 10043781 A JP10043781 A JP 10043781A JP 4378198 A JP4378198 A JP 4378198A JP H11236666 A JPH11236666 A JP H11236666A
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、比誘電率のばらつ
きの少ない誘電体膜を安定して形成することのできる成
膜装置、および誘電体膜の製造方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a film forming apparatus capable of stably forming a dielectric film having a small variation in relative dielectric constant, and a method of manufacturing a dielectric film.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、半導体デバイス等に用いられ
る誘電体膜としては、SiO2が主として用いられてい
る。しかし、SiO2は比誘電率が4と低く、大きな静
電容量を実現するためには広面積を必要とし、半導体デ
バイスの小型化の障害となっていた。近年、SiO2に
代わる誘電体膜として、SrTiO3の使用が検討さ
れ、その実用化が進められている。SrTiO3は比誘
電率が100を越え、誘電体膜の半導体デバイスへのモ
ノリシック化、半導体デバイスの小型化を実現すること
が可能となる。なお、これらの誘電体膜は、通常、スパ
ッタリング法等の薄膜形成技法を用いて形成される。2. Description of the Related Art Conventionally, SiO 2 has been mainly used as a dielectric film used for a semiconductor device or the like. However, SiO 2 has a low relative dielectric constant of 4, and requires a large area to realize a large capacitance, which has been an obstacle to miniaturization of semiconductor devices. In recent years, the use of SrTiO 3 as a dielectric film in place of SiO 2 has been studied, and its practical use has been promoted. SrTiO 3 has a relative dielectric constant of more than 100, which makes it possible to realize a monolithic dielectric film for a semiconductor device and to reduce the size of the semiconductor device. Note that these dielectric films are usually formed using a thin film forming technique such as a sputtering method.
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】ところで、SrTiO
3を半導体デバイスに応用するに際しては、半導体製造
プロセスの都合から、SrTiO3の成膜温度が300
℃以下に制約される場合が少なくない。このような場
合、成膜温度が低いためにSrTiO3の結晶化が不完
全なものとなる。この結果、真空容器内に存在するH2
Oの影響によって、SrTiO3の比誘電率が変動して
しまい、比誘電率のばらつきの大きいSrTiO3膜し
か成膜することができなかった。By the way, SrTiO
When 3 is applied to a semiconductor device, the film formation temperature of SrTiO 3 is set to 300 due to the convenience of the semiconductor manufacturing process.
In many cases, the temperature is restricted to below ℃. In such a case, the crystallization of SrTiO 3 is incomplete due to the low deposition temperature. As a result, H 2 present in the vacuum vessel
Due to the influence of O, the relative dielectric constant of SrTiO 3 fluctuated, and only an SrTiO 3 film having a large variation in relative dielectric constant could be formed.
【0004】従って本発明の目的は、意図する比誘電率
を有する誘電体膜を安定して成膜することのできる誘電
体膜の成膜方法、及びそのための成膜装置を提供するこ
とにある。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method of forming a dielectric film capable of stably forming a dielectric film having an intended relative dielectric constant, and a film forming apparatus therefor. .
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の誘電体膜の製造方法は、真空容器と、真空
容器内に設けられたターゲット電極と、同じく真空容器
内にターゲット電極と対向して設けられた下地基板と、
ターゲット電極上に載置されるターゲットと、ターゲッ
ト電極に電圧を印加する電源と、真空容器内にスパッタ
リングガスを導入するガス導入系および該ガスを排気す
る排気系と、真空容器内のH2Oの分圧を検出する検出
手段を備えてなる成膜装置を用いた誘電体膜の製造方法
であって、前記検知手段を用いて真空容器内のH2O分
圧を検出し、真空容器内のH2O分圧を所定の値に保持
することにより、成膜する誘電体膜の比誘電率を調整す
る。In order to achieve the above object, a method of manufacturing a dielectric film according to the present invention comprises a vacuum container, a target electrode provided in the vacuum container, and a target electrode provided in the vacuum container. An undersubstrate provided opposite to
A target mounted on the target electrode, a power supply for applying a voltage to the target electrode, a gas introduction system for introducing a sputtering gas into the vacuum vessel and an exhaust system for exhausting the gas, and H 2 O in the vacuum vessel. A method for producing a dielectric film using a film forming apparatus including a detecting means for detecting a partial pressure of H 2 O in a vacuum vessel using the detecting means, By keeping the H 2 O partial pressure at a predetermined value, the relative dielectric constant of the dielectric film to be formed is adjusted.
【0006】なお、ここで用いられる検知手段として
は、質量分析器あるいは成膜過程において発生するプラ
ズマ光の発光スペクトルを検出する分光測定装置のいず
れか一方または双方の使用が予定されている。As the detecting means used here, either one or both of a mass spectrometer and a spectrometer for detecting the emission spectrum of plasma light generated during the film formation process are planned.
【0007】このように、成膜される誘電体膜の比誘電
率に影響を及ぼす真空容器内のH2O分圧を、上述の検
出手段を用いて検出・確認することができるので、その
分圧を希望する値に一定に保持することが可能となる。
H2O分圧を所定の値に保持できるので、成膜される誘
電体膜の比誘電率のばらつきは抑えられ、意図する比誘
電率を有する誘電体膜を安定して成膜する事が可能とな
る。As described above, the partial pressure of H 2 O in the vacuum vessel, which affects the relative dielectric constant of the dielectric film to be formed, can be detected and confirmed using the above-described detecting means. The partial pressure can be kept constant at a desired value.
Since the H 2 O partial pressure can be maintained at a predetermined value, variation in the relative dielectric constant of the formed dielectric film can be suppressed, and the dielectric film having the intended relative dielectric constant can be stably formed. It becomes possible.
【0008】なお、前述の分光測定装置は、プラズマに
よって分解および励起されるH2OのH原子およびOH
分子に固有の光波長の強度を検出することにより、真空
容器内のH2O分圧を測定する。In the above-described spectrometer, H atoms and OH of H 2 O decomposed and excited by plasma are used.
By detecting the intensity of specific light wavelength molecules, measure of H 2 O partial pressure in the vacuum chamber.
【0009】また、本発明の誘電体膜の製造方法によっ
て成膜される具体的な誘電体膜としては、一般式ABO
3(但し、式中のAはBa、Sr、Ca、Pbからなる
群より選ばれた少なくとも一種、BはTi、Zr、H
f、Snからなる群より選ばれた少なくとも一種)で表
されるペロブスカイト結晶構造を有する誘電体膜が挙げ
られる。従来この種の誘電体膜の成膜に際しては、真空
容器内のH2Oの分圧の変化によってその比誘電率が大
きく変化していたため、本発明の製造方法により真空容
器内のH2Oの分圧を制御することにより、特に大きな
メリットを受ける。A specific dielectric film formed by the method of manufacturing a dielectric film according to the present invention includes a general formula ABO
3 (where A is at least one selected from the group consisting of Ba, Sr, Ca, and Pb, and B is Ti, Zr, H
and at least one selected from the group consisting of f and Sn) and a dielectric film having a perovskite crystal structure. Upon formation of this type of conventional dielectric films, since the relative dielectric constant was largely changed by a change in of H 2 O partial pressure in the vacuum chamber, of H 2 O vacuum vessel by the production method of the present invention By controlling the partial pressure of the above, a great advantage is obtained.
【0010】本発明の誘電体膜の製造方法を実現するた
めには、真空容器と、真空容器内に設けられたターゲッ
ト電極と、同じく真空容器内にターゲット電極と対向し
て設けられた下地基板と、ターゲット電極上に載置され
るターゲットと、ターゲット電極に電圧を印加する電源
と、真空容器内にスパッタリングガスを導入するガス導
入系および該ガスを排気する排気系とを有しており、か
つ、真空容器内のH2Oの分圧を検出する検出手段を備
えた成膜装置を用いればよい。前述の検出手段を付加す
る基となる成膜装置には、例えば高周波マグネトロンス
パッタリング装置などが用いられる。前述の検出手段と
しては、質量分析器あるいは成膜過程において発生する
プラズマ光の発光スペクトルを検出する分光測定装置の
いずれか一方または双方の使用が予定されている。In order to realize the method of manufacturing a dielectric film according to the present invention, a vacuum vessel, a target electrode provided in the vacuum vessel, and an undersubstrate also provided in the vacuum vessel so as to face the target electrode A target mounted on the target electrode, a power supply for applying a voltage to the target electrode, a gas introduction system for introducing a sputtering gas into a vacuum vessel, and an exhaust system for exhausting the gas, Further, a film forming apparatus provided with a detecting means for detecting the partial pressure of H 2 O in the vacuum vessel may be used. For example, a high-frequency magnetron sputtering device or the like is used as a film forming device on which the above-described detecting means is added. As the above-mentioned detecting means, it is planned to use either one or both of a mass analyzer and a spectrometer for detecting an emission spectrum of plasma light generated in a film forming process.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を参照
して詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
【0012】図1は、本実施例の誘電体膜の製造に用い
る成膜装置を表す模式図である。図1において、1は真
空容器、2はスパッタリングガスの導入系、3は排気
系、5は絶縁体4を介して真空容器に取り付けられる陰
極組立体(ターゲット電極)、6は真空容器内を観察す
るためのガラスの覗き窓、7は真空容器内の雰囲気を測
定するための質量分析器を示している。陰極組立体5の
真空容器1内側の表面にはSrTiO3等のターゲット
9が接着固定されており、真空容器1内のターゲット9
と対向する位置には被膜される下地基板11が配置され
ている。ターゲット9と下地基板11との間にはシャッ
ター8が取り付けられている。陰極組立体5の真空容器
1外側には、陰極組立体5に電圧を印加するスパッタ電
源10が接続されている。覗き窓6の外側には真空容器
内のプラズマ光を測定するための発光スペクトル解析装
置(分光測定装置)18が設けられている。該解析装置
18は、プラズマ光を受光する受光部12、光ファイバ
13、分光器14、フォトダイオードアレイ15、コン
トローラ16、解析システム17から構成されている。FIG. 1 is a schematic diagram showing a film forming apparatus used for manufacturing a dielectric film of the present embodiment. In FIG. 1, 1 is a vacuum vessel, 2 is a sputtering gas introduction system, 3 is an exhaust system, 5 is a cathode assembly (target electrode) attached to the vacuum vessel via an insulator 4, and 6 is an inside of the vacuum vessel. 7 shows a mass spectrometer for measuring the atmosphere in the vacuum vessel. A target 9 such as SrTiO 3 is adhered and fixed to the surface of the cathode assembly 5 inside the vacuum vessel 1.
The undersubstrate 11 to be coated is disposed at a position facing the substrate. A shutter 8 is provided between the target 9 and the base substrate 11. A sputtering power supply 10 for applying a voltage to the cathode assembly 5 is connected to the cathode assembly 5 outside the vacuum vessel 1. An emission spectrum analyzer (spectrometer) 18 for measuring plasma light in the vacuum vessel is provided outside the viewing window 6. The analysis device 18 includes a light receiving unit 12 for receiving plasma light, an optical fiber 13, a spectroscope 14, a photodiode array 15, a controller 16, and an analysis system 17.
【0013】以上で説明した成膜装置を用い、以下のよ
うにして誘電体膜を成膜する。Using the film forming apparatus described above, a dielectric film is formed as follows.
【0014】まず、真空容器1を所定の真空度まで排気
した後に、質量分析器7により真空容器1内のH2O分
圧を測定する。この測定結果に基づき、あらかじめ収集
されたデータ(図2参照)に基づいて、成膜する誘電体
膜が所望の比誘電率となるようにH2O分圧を調整す
る。First, after evacuating the vacuum vessel 1 to a predetermined degree of vacuum, the H 2 O partial pressure in the vacuum vessel 1 is measured by the mass analyzer 7. Based on this measurement result, the partial pressure of H 2 O is adjusted based on data collected in advance (see FIG. 2) so that the dielectric film to be formed has a desired relative dielectric constant.
【0015】引き続き、スパッタリングガス(O2及び
Ar)を導入し、これを排気系3によって一定の排気速
度で排気し、真空容器1内のガス圧力を一定に維持す
る。なお、この段階では、シャッタ8は閉じられてお
り、下地基板11上への成膜は行われない。次に、スパ
ッタ電源10により陰極組立体10に所定の電圧を印加
して、真空容器1内にプラズマを発生させ、維持する。
適当な時間の経過後にシャッタ8を開き、下地基板11
表面上への成膜を開始する。Subsequently, a sputtering gas (O 2 and Ar) is introduced, and the sputtering gas is exhausted at a constant evacuation speed by the evacuation system 3 to keep the gas pressure in the vacuum vessel 1 constant. At this stage, the shutter 8 is closed, and no film is formed on the base substrate 11. Next, a predetermined voltage is applied to the cathode assembly 10 by the sputtering power source 10 to generate and maintain plasma in the vacuum chamber 1.
After an appropriate time has elapsed, the shutter 8 is opened and the underlying substrate 11 is opened.
Begin film formation on the surface.
【0016】ところで、プラズマ中においては、真空容
器1内のH2Oは解離現象によりH原子とOH分子とに
分解・励起される。この分解されたH原子及びOH分子
のプラズマ中の励起発光を前述の発光スペクトル解析装
置18によって測定し、H原子発光スペクトル強度及び
OH分子発光スペクトル強度を測定する。この測定結果
に基づき、あらかじめ収集されたデータ(図3、図4参
照)に基づいて、成膜する誘電体膜が所望の比誘電率と
なるようにH2O分圧を調整する。By the way, in the plasma, H 2 O in the vacuum vessel 1 is decomposed and excited into H atoms and OH molecules by a dissociation phenomenon. The emission of the decomposed H atoms and OH molecules in the plasma is measured by the above-mentioned emission spectrum analyzer 18 to measure the H atom emission spectrum intensity and the OH molecule emission spectrum intensity. Based on the measurement results, the partial pressure of H 2 O is adjusted based on data collected in advance (see FIGS. 3 and 4) so that the dielectric film to be formed has a desired relative dielectric constant.
【0017】下地基板11への成膜を開始してから、予
め定めたスパッタリング時間を経過した時点で、シャッ
タ8を閉じて成膜を終了する。When a predetermined sputtering time has elapsed from the start of the film formation on the base substrate 11, the shutter 8 is closed to terminate the film formation.
【0018】以上のような工程を経て誘電体膜を成膜す
ることにより、成膜開始前においては質量分析器7によ
って、成膜中は分光測定装置18によって、真空容器1
中のH2O分圧を測定することができるので、比誘電率
のばらつきの少ない、SrTiO3等の誘電体膜を安定
して成膜することができる。By forming a dielectric film through the above-described steps, the vacuum vessel 1 is formed by the mass spectrometer 7 before the start of film formation, and by the spectrometer 18 during the film formation.
Since the H 2 O partial pressure can be measured, a dielectric film of SrTiO 3 or the like having a small variation in the relative dielectric constant can be stably formed.
【0019】なお、本実施例においては、真空容器中の
H2O分圧を検出する手段として、質量分析器および分
光測定装置の双方を併せて使用しているが、どちらか一
方の検出手段のみを用いるようにしても構わない。双方
の検出手段を併用することにより、より微妙な調整を行
うことが可能となる。In this embodiment, both the mass spectrometer and the spectrometer are used as a means for detecting the partial pressure of H 2 O in the vacuum vessel. It is permissible to use only. By using both detection means together, it is possible to make more subtle adjustments.
【0020】[0020]
【発明の効果】上述の説明から明らかなように、本発明
においては、質量分析器と、プラズマ光の発光スペクト
ルを検出する分光測定装置とを設けて、真空容器内のH
2O分圧を測定することとした。これにより成膜する誘
電体膜の比誘電率に作用する真空容器内のH2O分圧を
成膜前および成膜中に測定する事ができるので、誘電体
膜の比誘電率を意図する値に調整することが可能にな
り、所望する比誘電率を有する誘電体膜を安定して成膜
することが可能になる。As is apparent from the above description, according to the present invention, the mass spectrometer and the spectrometer for detecting the emission spectrum of the plasma light are provided, and the H within the vacuum vessel is provided.
The 2 O partial pressure was measured. As a result, it is possible to measure the partial pressure of H 2 O in the vacuum chamber that affects the relative dielectric constant of the dielectric film to be formed before and during the film formation. Therefore, the relative dielectric constant of the dielectric film is intended. The value can be adjusted to a value, and a dielectric film having a desired relative dielectric constant can be stably formed.
【図1】 本発明の実施例で用いる成膜装置を示す模式
図である。FIG. 1 is a schematic view showing a film forming apparatus used in an embodiment of the present invention.
【図2】 スパッタリングガス導入前の真空容器内のH
2O分圧と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図
である。FIG. 2 shows H in a vacuum vessel before introduction of a sputtering gas.
FIG. 4 is a correlation diagram between a 2 O partial pressure and a relative dielectric constant of a formed dielectric film.
【図3】 スパッタリング成膜中のH原子発光スペクト
ル強度と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図で
ある。FIG. 3 is a correlation diagram between H atomic emission spectrum intensity during sputtering film formation and relative dielectric constant of a formed dielectric film.
【図4】 スパッタリング成膜中のOH分子発光スペク
トル強度と、成膜された誘電体膜の比誘電率との相関図
である。FIG. 4 is a correlation diagram between the OH molecule emission spectrum intensity during sputtering film formation and the relative dielectric constant of the formed dielectric film.
1 ・・・ 真空容器 2 ・・・ ガス導入系 3 ・・・ 排気系 4 ・・・ 絶縁体 5 ・・・ 陰極組立体(ターゲット電極) 6 ・・・ 覗き窓 7 ・・・ 質量分析器 8 ・・・ シャッタ 9 ・・・ ターゲット 10 ・・・ スパッタ電源 11 ・・・ 下地基板 12 ・・・ 受光部 13 ・・・ 光ファイバ 14 ・・・ 分光器 15 ・・・ フォトダイオードアレイ 16 ・・・ コントローラ 17 ・・・ 解析システム 18 ・・・ 発光スペクトル解析装置(分光測定装
置)DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Vacuum container 2 ... Gas introduction system 3 ... Exhaust system 4 ... Insulator 5 ... Cathode assembly (target electrode) 6 ... Viewing window 7 ... Mass spectrometer 8 ··· Shutter 9 ··· Target 10 ··· Sputter power supply 11 ··· Base substrate 12 ··· Light receiving unit 13 ··· Optical fiber 14 ··· Spectroscope 15 ··· Photodiode array 16 ··· Controller 17: Analysis system 18: Emission spectrum analyzer (spectrometer)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 一 京都府長岡京市天神二丁目26番10号 株式 会社村田製作所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Ichika Yamada 2-26-10 Tenjin, Nagaokakyo-shi, Kyoto Inside Murata Manufacturing Co., Ltd.
Claims (7)
た下地基板と、 ターゲット電極上に載置されるターゲットと、 ターゲット電極に電圧を印加する電源と、 真空容器内にスパッタリングガスを導入するガス導入系
および該ガスを排気する排気系と、を有してなる成膜装
置であって、 真空容器内のH2O分圧を検出する検出手段を備えたこ
とを特徴とする成膜装置。A vacuum vessel; a target electrode provided in the vacuum vessel; a base substrate also provided in the vacuum vessel so as to face the target electrode; a target placed on the target electrode; a power source for applying a voltage to the electrodes, a film forming apparatus comprising a, an exhaust system for exhausting the gas gas introduction system and introducing a sputtering gas into the vacuum vessel, H 2 O in the vacuum chamber A film forming apparatus comprising a detecting means for detecting a partial pressure.
膜過程において発生するプラズマ光の発光スペクトルを
検出する分光測定装置のいずれか一方または双方である
ことを特徴とする請求項1に記載の成膜装置。2. The apparatus according to claim 1, wherein said detecting means is one or both of a mass analyzer and a spectrometer for detecting an emission spectrum of plasma light generated in a film forming process. Film forming equipment.
た下地基板と、 ターゲット電極上に載置されるターゲットと、 ターゲット電極に電圧を印加する電源と、 真空容器内にスパッタリングガスを導入するガス導入系
および該ガスを排気する排気系と、 真空容器内のH2Oの分圧を検出する検出手段を備えて
なる成膜装置を用いた誘電体膜の製造方法であって、 前記検出手段を用いて真空容器内のH2O分圧を検出
し、真空容器内のH2O分圧を所定の値に保持すること
により、成膜する誘電体膜の比誘電率を調整することを
特徴とする誘電体膜の製造方法。3. A vacuum container, a target electrode provided in the vacuum container, a base substrate also provided in the vacuum container so as to face the target electrode, a target mounted on the target electrode, and a target A power supply for applying a voltage to the electrodes, a gas introduction system for introducing a sputtering gas into the vacuum vessel, an exhaust system for exhausting the gas, and a detecting means for detecting a partial pressure of H 2 O in the vacuum vessel. A method of manufacturing a dielectric film using a film forming apparatus, comprising detecting a partial pressure of H 2 O in a vacuum vessel using the detection means, and maintaining the partial pressure of H 2 O in the vacuum vessel at a predetermined value. Thereby adjusting the relative dielectric constant of the dielectric film to be formed.
膜過程において発生するプラズマ光の発光スペクトルを
検出する分光測定装置のいずれか一方または双方である
ことを特徴とする請求項3に記載の成膜装置。4. The apparatus according to claim 3, wherein the detecting means is one or both of a mass analyzer and a spectrometer for detecting an emission spectrum of plasma light generated in a film forming process. Film forming equipment.
する分光測定装置は、プラズマによって分解および励起
されるH2OのH原子およびOH分子に固有の光波長の
強度を検出することが可能な分光測定装置であることを
特徴とする請求項4に記載の誘電体膜の製造方法。5. A spectrometer for detecting an emission spectrum of plasma light, wherein the spectrometer is capable of detecting the intensity of a light wavelength inherent to H atoms and OH molecules of H 2 O decomposed and excited by plasma. The method according to claim 4, wherein the method is a measuring device.
し、式中のAはBa、Sr、Ca、Pbからなる群より
選ばれた少なくとも一種、BはTi、Zr、Hf、Sn
からなる群より選ばれた少なくとも一種)で表されるペ
ロブスカイト結晶構造を有する誘電体膜であることを特
徴とする請求項3ないし請求項5に記載の誘電体膜の製
造方法。6. The dielectric film is made of a general formula ABO 3 (where A is at least one selected from the group consisting of Ba, Sr, Ca and Pb, and B is Ti, Zr, Hf, Sn
6. The method for producing a dielectric film according to claim 3, wherein the dielectric film has a perovskite crystal structure represented by at least one selected from the group consisting of:
パッタリング装置を用いたことを特徴とする請求項3な
いし請求項6に記載の誘電体膜の製造方法。7. The method according to claim 3, wherein a high-frequency magnetron sputtering device is used as the film forming device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP10043781A JPH11236666A (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Film forming device and production of dielectric film |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP10043781A JPH11236666A (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Film forming device and production of dielectric film |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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JPH11236666A true JPH11236666A (en) | 1999-08-31 |
Family
ID=12673309
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JP10043781A Pending JPH11236666A (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Film forming device and production of dielectric film |
Country Status (1)
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JP (1) | JPH11236666A (en) |
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