JPS62501217A - 基板上への低圧下での絶縁材料層の蒸着形成方法およびこれにより得られた製品 - Google Patents

基板上への低圧下での絶縁材料層の蒸着形成方法およびこれにより得られた製品

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JPS62501217A
JPS62501217A JP50447485A JP50447485A JPS62501217A JP S62501217 A JPS62501217 A JP S62501217A JP 50447485 A JP50447485 A JP 50447485A JP 50447485 A JP50447485 A JP 50447485A JP S62501217 A JPS62501217 A JP S62501217A
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サンタネリ,クロード
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セントル・ナシヨナル・ドウ・ラ・ルシエルシエ・サイエンテイフイツク(セ・エン・エル・エス)
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 基板上への低圧下での絶縁材料層の蒸着形成方法およびこれにより得られ1;製 品 本発明は電子部品の製造に関し、評言すれば、基板上への低圧下での絶縁材料の 蒸着形成方法に関するものである。
さらに、本発明は一定の基板上への材料の低圧下での蒸着技術に関しそしてそれ はより詳しくは導電または半導電材料層または膜の、種々の方法により、むき出 しまたは既に被覆された支持体上への絶縁材料層の、とくに蒸発による蒸着また は構成を考える。
例えば、真空または超高真空中で基板上に絶縁材料層を形成するtめに、公知技 術は2つの主要な技術を提案している。これら2つの技術は両方とも部品の初期 特性がドーピング不純物の再拡散のま友は半導体の部分的分解の影響により低下 されるような温度、例えば1000℃程度に製造中の部品を加熱する必要がない という利点を有している。
これらの技術の一方は、良好な抵抗持回を呈する実質上同質の層を形成するよう に、エネルギ中で活性化されかつ成る範囲にわたって注入されかつ化学的に組成 されるべくボンバードメントにより持ち来たされる物質の粒子(原子または分子 )の基板上への到達を保証してなる。
しかしながら、この技術はエネルギ中で活性化される粒子が表面および被覆され るべき基板の面の副層に関連して発射体のように動くので、応用分野において満 足なものではない。これは部分破壊および結晶格子の混乱を結果として生じそし て基板上の露出された副層が物理的電子機能の過程で能動である素子を示すこと が述べられている応用分野には合わない。表面のおよび副層の破壊および/また は混乱は電子的特性をかなり変更し、その結果得られた最終製品かも(グや通常 それに付与されるべきである特性を示さない。
ハードとして限定され危この技術は、しばしばそのような電子部品の製造にまた にかかる部品の表面パッシベーションに関する応用分野において実施されること ができない。
前記技術に対してソフトと呼ばれる第2の技術は、真空中での蒸発による蒸着に よって絶縁材料層の形成を保証する、すなわち、原子または分子の転換を、これ らの粒子が他の方法で活性化されることなく、真空中での蒸発に関連するエネル ギによってのみ保証することからなる。
この技術には、一般に幾つかの方法が勧められる。
それらの1つはジュール効果による熱蒸発として述べられることができる。この 技術にエンクロージャ内に真空を、すなわち高真空を作り、そしてその蒸発を露 出した基板の方向に引き起すように材料の貯えを加熱することからなる。このよ うな技術は例えば一般に簡単なシリコン酸化膜(S1O)に使用される。
このようなソフト方法は支持体の表面または副層を妨害しないかまたは破壊しな い非活性粒子の転換を保証する/!′U点を有する。他方において、これらの粒 子のエネルギの欠乏はそれらの間の不十分な捕獲および欠陥のある構造的組成の 原因である。
この方法によれば、材料の貯えの加熱はまた蒸発した分子を分解しかつその結果 として非化学当量層の形成を生起する作用を有する。
基板の表面での良好な捕獲に好都合な初期エネルギの不足もかつ加えて、基板の 表面に存するかまたは蒸発されるべき材料と異なる材料で作られたルツボのよう なその支持体の加熱により基礎材料の蒸発中に発生される不純物に層を感応させ ることもない。
かかる方法は一般に900〜1000℃程度の低温で蒸発しかつそれゆえ不安定 な性質からなる材料についての木考えられる。このような不安定比は考えらねる 用途について不十分な抵抗に関連づけられる組成の欠点となる。
それゆえこのような方法は再生可能な特性の絶縁層の獲得を可能としないことが 明らかである。
第1の方法と同様に第2の方法は基礎材料を電子銃によって加熱することにより 基礎材料の真空゛ または超高真空において蒸発を保証することからなる。この 方法は基礎材料のみの加熱を可能としかつその結果としてルツボを構成する材料 から到来する不純物の蒸発を除去する。かくしてより良好な耐熱特性を有しかつ その結果として前の方法の場合におけるより高め温度で蒸発する材料を蒸発させ ることが可能となる。
この方法の利点のうちで留意されるべきことは電子銃による温度上昇がこの温度 の実質的上昇かつ例えば、その良好な抵抗特性について知られSアルミナのごと き絶縁材料から直接蒸発を引き起すために、1400℃以上への増大を可能にす るということである。
しかしながら−1蒸発した原子または分子は、全体的にみて、前述された方法と 同一の欠点がまたこの方法((よって得られる製品にも関連づけられるという結 果により、僅かに活気があるだけである。
加えて、電子銃によって印加されたエネルギは成長の過程において層上への非蒸 発材料の小滴の突呂および蒸発した分子の部分的分解を引き起すかも知れない。
その場合にこれらの2つの現象は層の特性に影響を及ぼす。
上記欠点に加えて、留意されるべきことは電子銃が調整が無難しい重量のある高 価な設備となりその結果絶縁層の製造コストが実質上前の方法によるより高いと いうことである。
加えて留意されるべきことは、電子銃の使用が基に材料の温度上昇を保証するに 十分なエネルギの発生が必要であることが示されている、低い蒸発速度への減少 を可能とするということである。
第5の方法は基礎材料の温度上昇を保証するためIC電子銃を使用するかまたは 使用しない真空中での反応熱蒸発と呼ばれることができる。この方法によれば、 材料の蒸発は蒸発した原子または分子O酸化を保証する作用を有する反応ガス、 一般に酸素の雰囲中で発生する。
この方法は蒸発し易くかつ少ないパワーおよび少ない加熱を要求し易い材料の使 用、および例えばアルミニウムから、プロセスの進展中酸化によりアルミナに変 換する原子または分子の発生を可能にする。
このような方法は前に述べfc2つの方法より満足し得るものと思われるが、他 方で、蒸着された絶縁材料層が、転換された原子または分子の低エネルギにより 、層の非同質特徴および化学自量的欠陥のために、良好な再生可能特性を持たな いことが確認される。
これら3つの方法について行なわれた研究はそれでもなお得られt材料層が良好 な機械的特性を有しかつ適宜に基板上に関連づけられるかま′fcは捕捉される ことの確認を可能にした。このような層によって呈された不十分なまたは月並み の電気的特性に蒸着された第1の原子または分子の不十分な物理的組成によって 発生されることができると思われる。これは、ソフト技術に属する上記6つの方 法により、時には許容し得る抵抗特性を有する絶縁層を得ることが可能となり、 一方基礎材料、基板および運転パラメータまたは条件が同一であることを示した 試験および試みによって確認された。
この観察から出発することにより本出願人は基板上への絶縁材料層の低圧下での 新規な形成方法を開発し、この方法は、被覆されるべき支持体の表面に隣接しか つ下にある少なくともその部分に蒸着されt絶縁層の完全な捕捉および良好な結 合、同質性および化学量論の如何なる危険をも除去すべく設計された。
本発明の方法はどのような基板へも絶縁材料層の蒸着の実施を可能とする作業方 法を供給することを目的とし、このような層は、急速に、安価でかつ一定の方法 において、エレクトロニクスかつトくニマイクロエレクトロニクスの応用分野に おいて使用されることができる信頼し得る製品を供給するために、抵抗測定の、 誘電率および絶縁耐力の良好な特注を呈するために再生可能な方法において作ら れることができる。
上記目的を達成するために、本発明の方法は、エンクロージャ内に転換されるべ き材料用の酸化媒体を維持し、安定したパラメータに依存して、得られるべき絶 縁層より少ない淳さの少なくとも1つの予備層を基板上に形成すべく材料の転換 を引き起し、この予備層の形成を中断し、決められた持続時間だけ、予備層を構 成する蒸着された原子ま7cは分子にこれらの化学的結合および相互の組成を完 全にするために酸化を受けさせ、再び前記予備層上に所望の厚さまで同一の安定 したパラメータにより絶縁材料層を成長させてなることを特徴とする。
第1図および第2図は本発明の方法によって形成された絶縁層のおよび従来の方 法によって形成された絶縁層の幾つかの特性を示す2つの曲蔵で真空中での蒸発 による形成の例にしたがって、本発明の方法を実施するために、エンクロージャ は相対的真空を作りかつ維持することができる手段に関連づけて使用される。従 来公知の、このようなエンクロージャに、その構造が本発明の方法によって直接 変更されないので、以下においては詳述もまた図示もされない。
記憶のために、このようなエンクロージャは一般に少なくとも1枚の基板の導入 および支持を保証する手段、蒸発されるべき材料を支持する少な媒体を維持し、 安定したパラメータに依存して、(とも]ソリルンホ守τ休体〕クチ収1 日仇 恢Iンクロージャへの酸素の導入により10−”Paで確立される。
これらの条件に加えて、蒸発されるべき材料の温度上昇は酸化媒体内での真空中 のその蒸発および露出面の方向へのその少なくとも部分的な転換を引き起すよう に保証される。
アルミニウムの蒸発を保証することである本方法の一実施例によれば、約110 0’Cまでのルツボの温度上昇が保証される。本発明による方法の進展のため、 基板は周囲温度ないし450℃の間に含まれる温度で維持されることができる。
このような作業条件を基礎にして、アルミニウムの酸素、の部分的圧力下での蒸 着が、基板の表口上に1〜5ナノメータの間に含まれる絶縁材料の予備層を形成 するように行なわれる。この厚さが達成されると、基板と基礎材料の貯えによっ て構成され蒸発源との間に、露出した面の方向に蒸発した分子または原子の転換 (トランスファ)に対向するように配置されたマスクが挿入される。
基板およびこれが支持する予備層は、例えば少なくとも数分間、工程を導くため の他のパラメータの保持により酸化媒体中に残される。この酸化媒体中の保持は すでに転換された原子または分子の酸化を完全にさせようとする。これは、予備 層の少なくとも一部分上に、予備層のこの部分に良好な化学量論的特性を付与す る良好な化学的同質性を生じる。
マスクは次いで回収され、その結果様々のパラメータがまだ同一であると、層の 構成工程は再び予備層から展開することができる。
上記作業条件に基いて、例えば1.5・10Paの酸化媒体の部分的圧力および 約1100°Cに等しいルツボ温度を使用することにより100 nm/hrの 割合で100ナノメータの層の蒸発による蒸着による形成を生ずることができる 。
このようにして得られ几絶縁材料の最終的な層はその場合に本質的に良好な機械 的抵抗、基板上への迅速な捕捉特性および明らかに改善されかつ従来技術に関連 して一定でそして一般に101011ohリ 以上にかつ同様に10 ob:s *m程度にすることかできる、一方の基板から他方の基板に再現可能である抵抗 特性を有する。
本発明の作業段階によれば、予備層のチェックは、この点においで適宜な手段に よって、考え得る蒸発した化学的に自由な原子の種類の存在を測定するために行 なわれることができる。
例として、酸化媒体中の予備層の保持または休止段階後、すなわちマスクの挿入 後導かれるオーガー電子の分光測定法によるこのようなチェックを行なうことが できる。かかるチェック方法は、第1図に示されるように、従来公知のソフト技 術のいずれか1つの方法によってアルミニウムまたはアルミナから形成された絶 縁材料層に対応する第2図に示された曲線との比較により、自由なアルミニウム の独特なエネルギ108.9・10−19.7で関連づけられたビークP工と高 比率のP2における酸素ピークの不足または極めて小さいことを特徴とする曲日 の証明を可能にする。
これら2つの曲線の比較は、本発明の方法により形成された予備層が化学的に自 由なアルミニウム原子または粒子を免除されかつ化学量論比率に近い大きな比率 の酸素を含むという指示を、第1図を考慮して、明白な方法において可能にし、 従来技術によって供給された曲線に対して曲線の違いを示すこれら2つの曲線に 本方法の実施例の特徴となっている。高エネルギビークと関連づけられる他の特 徴的な曲線の集合はまた第1図および第2図の比較から見られる。それはまず第 1図に存しかつ事実上第2図にないアルミナの特徴を示すピーク2066、6・ 1051次いでエネルギ2125.9・10 Jと2170.7010 、Tと の間の曲線の独特な形状、次いで第2図に見ることができるエネルギ2154. 7φ10 Jおよび2236.4・10 Jでの隆起またはスズリツテイングに ついての問題である。 ・ 上記チェック方法は、絶縁材料の表面が酸素の部分的圧力の不足において真空中 での長い休止によって変更されない限り、代表的な指示を供給する。このような 場合に、イオン腐蝕により表面近傍で妨害される領域を除去することが必要であ る。
得られた曲線がエネルギ108.9Φ10 JのP工における自由なアルミニウ ムピークの存在を示すならば、本発明の方法は、蒸発した種類の酸化を完全にす るために、酸化媒体中の予備層の休止または保持の持続時間を増加してなる。
また、本発明方法の変形実施例においては第1の予備層を核覆しかつ前の実施例 のように、保護マスクの挿入後酸化媒体中に維持される第2予備層を、真空、超 高真空中での蒸着により、同等または同一条件下で形成するように前の作業手順 を再び始めることができる。
予備層の酸化を完全にするために、また、本発明によれば、酸化媒体中の予備層 の休止に関係なくまたは関連してエンクロージャ内に含まれるイオン銃の7ラツ クスまたはビームによる予備層の照射によって能動的酸化段階を使用することが できる。エンクロージャ内への酸素の導入後、このようなイオン銃は数電子ボル トないし数千電子ボルトのエネルギによって励起されることができる酸素イオン により予備層を照射することができる。
予備層上へのこれらのイオンの衝突はそれに密着利得、密度および同質性を付与 するすべてのエネルギへのエネルギ供給を保証する一方、酸化による結合を保証 する。
本方法のこの段階は例えば800・10−19.7のエネルギを有するイオン銃 、すなわち工業分野で一般的でかつ低コストで使用されることができるイオン銃 を使用することができる。
予備層の照射の特徴的パラメータは予備層の厚さの関数として選ばれ、その結果 それから生ずる腐蝕作用は基板の表面がイオンに対して保護されたままであるた めに予備層の一部分を残す。この部分(1例えば少なくとも0.5nmに等しく かつ好ましくは予備層の厚さの半分に等しい。
5nmの厚さの層の形成の場合において、800・10”” Jのパワーを持つ イオン銃が数分間だけ使用される。
次いで層の形成工程が前述、のどとく導かれる。
本発明による方法の導入は、基礎材料の温度上昇に関する限り、この点において すべての一般的な手段を使用することにより行なわれることができたことを考慮 しなければならない。この方法において、この基礎材料の温度上昇はルツボを熱 的に加熱することによる伝導によってかまたは電子銃による照射によって材料に 直接作用することにより保証されることができる。
上記に示された作業条件は、転換工程中の酸化により、100 nm/hrの厚 さの成長率で、基板上にアルミナ層を形成するために、アルミニウムの真空中で の蒸発に関連して与えられた。初期真空、温度および酸化媒体の部分的圧力のご とき、導入のパラメータを変更することにより、本発明の方法:は10分の数ナ ノメータから数ミクロンの範囲にすることができる不安定でない最終層厚を有す るより薄いかまfcニより厚い厚さの成長を発生するために導かれることができ る。
本発明の方法は、アルミナにより直接構成される基礎材料からアルミナ層の形成 を保証すべく、同一条件下で実施されることができる。
このような場合において、作業条件:ζ以下のように、すなわち、 0、5 nm/s の成長速度を発生すべく調整された電子銃のパワー、 1.3・10−”P aの酸素の部分的圧力、周囲温度ないし450℃の間に含 まれる基板の温度、にすることができる。
例として、簡単なシリコン酸化膜から絶縁層を構成するために、本発明の方法を 実施するのに注意されるべきパラメータは以下のとおりである。
初期圧力 10 〜10 Pa 酸化媒体の部分的圧力 10 〜2.10 Pa基板温度 周囲温度〜300℃ ルツボ温度 約1250°C 成長速度 7200 nm/h r 本発明の方法は、二酸化ケイ素から絶縁層を構成する場合において、周囲温度〜 450℃の間に基板の温度を配置しかつ10 〜2・1O−3Paの部分的圧力 の酸化媒体中で100 nm/hrの成長速度を発生するために蒸発させられる べき材料に向けられる電子銃に印加される)くワーを調整することにより行なわ れることができる。
本発明の方法は、基板が決して500°Cより高い温度にさらされないことを示 している、低温での真空中における蒸発による蒸着によっての形成方法と呼ばれ ることができる。この低温は、とくにドーピングによる処理段階をすでに受けて いる電子部品に付加されねばならない絶縁層の場合においてとくに重要な利点を 呈する。実際に、このような場合において、部品はドーピングの注入および外観 を妨害、変更または低下することができる温度にさらされずかつその結果として 的処理の段階において付与された電気的またに電子的特性を正確に有する最終製 品の獲得となる最終段階の使用を可能にする。これは例えば絶縁層の蒸着が10 00℃程度((することができる温度を完全部品に課するオープン内の通過によ り発生する場合に現在の技術では得られることができない重要な利点を呈する。
本発明による方法は400〜600℃でそれ自体によって一部分解する特殊性を 示すガリウムヒ素またはインジウムリンのごとき複合半導体を基礎にして構成さ れた電子部品に関して同じ意味において無視出来ない利点を呈する。
本発明の方法はまた低温で作られるアモルファスシリコンからなる前層上への絶 縁材料の蒸着の構想を可能にする。
本発明の他の目的は本方法が同一エンクロージャ内に形成された導体または半導 体層の上に絶縁層の真空または超高真空における蒸発による蒸着によっての形成 を可能とするという事実に存する。
これは予め処理された基板を大気に持ち来たすことなく可能となり、これは如何 なる汚染の危険も除去する。本発明の方法は、そのよつな場合において、金属絶 縁半導体型の電子部品を作るため、絶対に必要な条件でないならば、重要である 良好な品質の非汚染層のインタフェイスの配置’r 5T 能とする。
本発明は、種々の変更がその範囲から逸脱することなくなされることができるの で、説示され比例(、C限定されない。とくに、酸化段階中基板を異なってかつ 一時的に方向付けすることにょシ予備層の成長を中断することを考えることがで きる。
さらに、絶縁膜の全成長前の予備層およびその改良を発生するための方法は低圧 下での他の蒸着方法、とくに一般にイオン噴霧または活性反応原に考察されかつ 適合されることができる。
国際調査餠失 mwaakl Ats&al1m No、PCT/FR!15700’83AN NEX To THE INTERNATIONAL 5EARCHREPOR T 0NThe European Patent 0ffice is in  no way 1iable for theseparticulars  whxch are merely given for the purpo se ofinformatユon。
US−A−361737502/11/71 None

Claims (13)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)基板上に絶縁材料からなる層を低圧下て蒸着により形成する基板上への低 圧下での絶縁材料層の蒸着形成方法において、 エンクロージヤ内に転換されるべき材料用の酸化媒体を維持し、 安定したパラメータに依存して、得られるべき絶縁層より少ない厚さの少なくと も1つの予備層を基板上に形成すべく材料の転換を引き起し、この予備層の形成 を中断し、 決められた持続時間だけ、前記予備層を構成する蒸着された原子または分子にこ れらの化学的結合および相互の組成を完全にするために酸化を受けさせ、 再び前記予備層上に所望の厚さまで同一の安定したパラメータにより絶縁材料層 を成長させてなることを特徴とする基板上への低圧下での絶縁材料の蒸着形成方 法。
  2. (2)関連の真空を作りかつ維持するための手段に接続されたエンクロージヤ内 に基板を配置し、前記エンクロージヤ内に蒸発されるべき材料の貯えを配置し、 前記エンクロージヤ内に関連の真空を作り、前記材料に、供給源を構成する前記 貯えから、前記材料の蒸発および前記供給源に向けられた基板の表面上に蒸発さ れた種の少なくとも一部の蒸着を引き起すために温度上昇を受けさせそして所望 の厚さまでの基板上の層の成長を得るために決められた持続時間にわたつてこれ らの運転条件を維持してなる型からなり、 エンクロージヤ内に蒸発されるべき材料用の酸化媒体を維持し、 安定したパラメータに依存して、得られるべき絶縁層より少ない厚さの少なくと も1つの予備層を基板上に形成すべく材料の蒸発を引き起し、この予備層の形成 を中断し、 決められた時間だけ、前記予備層を構成する蒸着された原子または分子にこれら の化学的結合および相互の組成を完全にするために酸化を受けさせ、 再び前記予備層上に所望の厚さまで同一の安定したパラメータにより絶縁材料層 を成長させてなることを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の基板上への低 圧下ての絶縁材料の蒸着形成方法。
  3. (3)少なくとも1つの予備層は約0.5nmに等しい最小の厚さで形成される ことを特徴とする請求の範囲第2項に記載の基板上への低圧下での絶縁材料の蒸 着形成方法。
  4. (4)マスクの位置決め後かつ適宜な手段によつて蒸発した種の化学的に自由な 原子からなる、考え得る予備層の存在を監視してなることを特徴とする請求の範 囲第2項または第3項に記載の基板上への低圧下での絶縁材料の蒸着形成方法。
  5. (5)前記予備層は前記エンクロージヤ内に維持された酸化媒体中にこのマスク した予備層を維持することにより酸化させられることを特徴とする請求の範囲第 2項または第3項に記載の基板上への低圧下での絶縁材料の蒸着形成方法。
  6. (6)前記予備層はこれに酸化イオンガンのフラツクスを当てることにより酸化 させられることを特徴とする請求の範囲第2項、第3項または第5項に記載の基 板上への低圧下での絶縁材料の蒸着形成方法。
  7. (7)前記予備層はその厚さの約半分にわたつて腐蝕を引き起すイオンのポンバ ードメントを受けることを特徴とする請求の範囲第6項に記載の基板上への低圧 下での絶縁材料の蒸着形成方法。
  8. (8)イオンのボンバードメントはそれにより生じる腐蝕に拘らず、その初期厚 さがどうであつても予備層の約0・5nmに等しい最小の厚さを残存させしめる ように行なわれることを特徴とする請求の範囲第7項に記載の基板上への低圧下 での絶縁材料の蒸着形成方法。
  9. (9)前記安定したパラメータは、 10−3Paの初期関連真空、この初期真空より少なくとも1デーケイドだけ高 い酸化媒体の部分圧力、酸素である酸化媒体、および周囲温度ないし450℃の 間の基板温度、 であることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の基板上への低圧下での絶縁材 料の蒸着形成方法。
  10. (10)前記材料の貯えはルツボを加熱することにより蒸発温度に置かれること を特徴とする請求の範囲第2項に記載の基板上への低圧下での絶縁材料の蒸着形 成方法。
  11. (11)前記材料の貯えはこれを電子銃によつて加熱することにより蒸発温度に 置かれることを特徴とする請求の範囲第2項に記載の基板上への低圧下での絶縁 材料の蒸着形成方法。
  12. (12)絶縁材料層で一面上を少なくとも部分的に被覆された基板によつて構成 されそしてオーガー電子の分光測定法によつて、金属または自由な半導体のピー クの欠乏または極めて少ないことによりかつ酸素ピークの高振幅により識別され る曲線を特徴とする第1項ないし第11項のいずれか1項に記載の方法によつて 得られる新規な製品。
  13. (13)金属または自由な半導体の特性ピークによる膨張またはスプリツテイン グで失なわれた高エネルギピークを特徴とする請求の範囲第12項に記載の新規 な製品。
JP50447485A 1984-10-09 1985-10-09 基板上への低圧下での絶縁材料層の蒸着形成方法およびこれにより得られた製品 Pending JPS62501217A (ja)

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