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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen chemisch/mechanischen Polierprozeß (CMP)
von Mikroelektronikvorrichtungen und betrifft insbesondere CMP-Aufschlämmungen
und einen Herstellungsprozeß unter Verwendung
der CMP-Aufschlämmungen
gemäß den Ansprüchen 1,
19, 20, 23 und 24.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Aus
der WO 01/14496 A1 ist eine Zusammensetzung bekannt, die zum Polieren
von Halbleiter-Wafersubstraten geeignet ist. Diese CMP-Zusammensetzung
kann als ein erstes Mittel Polyacrylsäure enthalten, und als ein
zweites Mittel ein Komplexierungsmittel, wie eine Carbonsäure, enthalten.
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Aus
der WO 99/47618 ist eine chemisch/mechanische Polieraufschlämmung bekannt,
die ein oxidierendes Mittel, wie Tenside, und ein Komplexierungsmittel
(Carbonsäuren)
enthält.
Diese bekannte CMP-Mischung ist dafür geeignet, beispielsweise
eine Kupferlegierung, Titan, Titannitrid, Tantal und Tantal-Nitrid,
die in Schichten eines Halbleitersubstrats vorkommen, abzutragen.
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Mit
der Fortführung
und Zunahme des Integrationsgrades von Mikroelektronikvorrichtungen
werden die Planierungsprozesse, die bei der Herstellung derartiger
Vor richtungen angewendet werden, mehr und mehr kritisch. D.h. die
Anstrengungen, um hoch integrierte Halbleitervorrichtungen zu erzielen,
sind in typischer Weise mit der Schichtung von Vielfachverbindungs-
und anderen Schichten auf einem Halbleiterwafer verknüpft. Die
resultierende Unebenheit der Waferoberfläche führt zu einer Vielfalt an Problemen,
die auf dem vorliegenden Gebiet gut dokumentiert sind. Die Planierungsprozesse
werden somit an verschiedene Stufen der Herstellung angepaßt und zwar
in einem Bestreben, Unregelmäßigkeiten
auf der Waferoberfläche
minimal zu gestalten.
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Eine
derartiges Planierungsverfahren besteht aus einem chemisch/mechanischen
Poliervorgang (CMP). Bei dem CMP-Vorgang wird die Waferoberfläche gegen
ein Polierkissen gedrückt,
welches sich relativ zu diesem dreht. Während des Poliervorgangs wird
bewirkt, daß ein
Schleifmittel und eine chemisch reaktive Lösung, die als eine CMP-Aufschlämmung bekannt
ist, in das Polierkissen hinein fließt. Dieses CMP-Verfahren führt zu einer
Einebnung der Waferoberfläche
mit Hilfe von chemischen und physikalischen Reaktionen, d.h. durch
Zuführen
der chemisch reaktiven Aufschlämmung
auf eine gemusterte Oberfläche
des Wafers, während zur
gleichen Zeit die relativ in Drehung befindliche Oberfläche des
Polierkissens physikalisch gegen die Oberfläche des Wafers gedrückt wird.
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1 zeigt
ein schematisches Diagramm, welches ein herkömmliches Beispiel eines CMP-Gerätes wiedergibt,
welches bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen verwendet
wird. Das dargestellte CMP-Gerät
enthält
einen Polierkopf 102, einen Poliertisch 104, eine
Leitung zum Zuführen
der Aufschlämmung 106 und
ein Polierkissen 108. Der CMP-Prozeß wird auf dem Poliertisch 104 durchgeführt, auf
dem das Polierkissen 108 ausgebildet ist. D.h. während eine
Aufschlämmung
von der Leitung zum Zuführen
der Aufschlämmung 106 zugeführt wird,
dreht sich ein Polierkopf 102 und wird das Substrat 100 gegen
das Polierkissen 108 gedrückt. Auf diese Weise wird ein
Poliervorgang erreicht.
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Eine
allgemeine Anwendung von CMP ist die Seichtgraben-Isolation (shallow
trench isolation; STI). Bei den STI-Verfahren werden relativ seichte
Isolationsgräben
ausgebildet, die als Feldzonen fungieren und dazu verwendet werden,
die aktiven Zonen auf einem Wafer zu trennen. Ein herkömmliches
Beispiel eines STI-Prozesses ist in den 2(a) bis 2(d) gezeigt. Bei diesem Prozeß werden
eine Kissen-Oxidschicht 202 und eine Siliciumnitrid (SiN)-Stoppschicht 204 der
Reihe nach auf ein Halbleitersubstrat 200 geschichtet.
Danach wird ein Fotoresistmuster (nicht gezeigt) oben auf der SiN-Stoppschicht 204 ausgebildet.
Dann wird unter Verwendung eines Fotoresistmaterials als Maske die
SiN-Stoppschicht 204, die Kissen-Oxidschicht 202 und das
Halbleitersubstrat 200 teilweise geätzt, um eine Vielzahl an Gräben 207 auszubilden,
wie dies in 2(a) dargestellt ist.
Anschließend
wird, wie in 2(b) gezeigt ist, eine
Isolations-Oxidschicht 208 (welche schließlich die
Graben-Oxidzonen bildet) abgeschieden, um die Gräben 206 zu füllen und
um die Oberfläche
der SiN-Stoppschicht 204 zu bedecken. Die Oxidschicht 208 wird
dann einem CMP-Prozeß unterworfen,
um dadurch die Oxidschicht 208 bis herab zur Ebene der
SiN-Stoppschicht 204 abzutragen. Als ein Ergebnis wird die
Konfiguration gemäß 2(c) erhalten. Es werden dann die SiN-Stoppschicht 204 und
die Kissen-Oxidschicht 202 auf den aktiven Zonen mit Hilfe
eines Ätzprozesses
abgetragen. Danach wird eine Gate-Oxidschicht 210 auf der
Oberfläche
des Halbleitersubstrats 200 ausgebildet, wie dies in 2(d) gezeigt ist.
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Während des
zuerst genannten CMP-Prozesses, wird die Oxidschicht 208 abgetragen,
bis die obere Fläche
der SiN-Stoppschicht 204 freigelegt ist. Aufgrund unterschiedlicher
chemischer und physikalischer Eigenschaften dieser Schicht zeigen
die Oxid- und die SiN-Schichten unterschiedliche Abtragungsraten,
wenn diese unter Verwendung von bekannten Aufschlämmungen
dem CMP-Prozeß unterworfen
werden. Das Verhältnis
dieser Abtragungsraten definiert zumindest teilweise die "Selektivität" der verwendeten
Aufschlämmung.
Je niedriger die Selektivität
der Aufschlämmung
ist, desto mehr SiN wird während
des CMP-Prozesses durch Polieren entfernt.
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In
idealer Weise sollte der CMP-Prozeß nichts von der SiN-Schicht
abtragen, d.h. die Selektivität
würde dann
unendlich sein. Jedoch zeigen die gegenwärtigen CMP-Aufschlämmungen
eine niedrige Selektivität (ca.
4 bis 1, Oxid zu SiN) und sie polieren daher die SiN-Schicht mit
unannehmbar hohen Raten. Als ein Ergebnis können die SiN-Muster nur unregelmäßig während des
CMP-Prozesses abgetragen werden, wodurch die Dicke der SiN-Muster über den
Wafer hinweg variieren können.
Dies ist insbesondere bei dem Fall problematisch, bei dem das Halbleitersubstrat
sowohl dicht verteilte als auch spärlich verteilte Muster auf
der Oberfläche
aufweist. Das Endergebnis besteht aus Stufendifferenzen zwischen
den aktiven Zonen und den Feldzonen, wenn die Ausbildung der Feldzonen
vollständig
ist. Dies kann die sich anschließende Herstellung der Vorrichtung
nachteilig beeinflussen, was wiederum die Transistor- und Vorrichtungs-Eigenschaften verschlechtern
kann, und somit die Gewinnspanne des Prozesses reduziert.
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Es
ist daher in Verbindung mit einem STI-Prozeß wünschenswert, daß die SiN-Schichtmuster eine
einheitliche Dicke besitzen und zwar nach dem Abtragen der Oxidschicht
mit Hilfe des CMP-Prozesses. Es ist jedoch eine einheitliche Dicke
der SiN-Muster nur
extrem schwierig zu erzielen, da die gegenwärtigen CMP-Aufschlämmungen
keine ausreichende Selektivität
zwischen den Oxidschichten und den SiN-Schichten besitzen.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Die
der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, eine CMP-Aufschlämmung anzugeben, die
eine verbesserte Selektivität
bei der bevorzugten Abtragung der Oxidschichten im Vergleich zu
Siliciumnitrid-Schichten zeigt.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen CMP-Prozeß bereitzustellen,
der eine verbesserte Selektivität
bei der bevorzugten Abtragung der Oxidschichten im Vergleich zu
Siliciumnitrid-Schichten zeigt.
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Im
Rahmen dieser Aufgabe soll ein STI-Prozeß realisierbar sein, bei dem
eine CMP-Aufschlämmung zur
Anwendung gelangt, die eine hohe Selektivtät bei der Abtragung zwischen
Oxidschichten und Siliciumnitrid-Schichten erreicht.
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Die
genannte Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1, 19,
20, 23 und 24 gelöst.
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Besonders
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird eine CMP-Aufschlämmung bereitgestellt, die eine
wäßrige Lösung enthält, die
schleifende Teilchen und zwei oder mehrere unterschiedliche Passivierungsmittel
enthält. In
bevorzugter Weise ist die wäßrige Lösung aus
entionisiertem Wasser gebildet, und die schleifenden Teilchen bestehen
aus Metalloxid, welches aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus Cerdioxid,
Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid, Zirkondioxid und Germaniumdioxid.
Auch kann ein erstes Passivierungsmittel aus einem anionischen,
kationischen oder nicht-ionischen Tensid und einem zweiten Passivierungsmittel
in Form einer Phthalsäure
bestehen. Bei einem Beispiel besteht das erste Passivierungsmittel
aus einer Polyvinylsulfonsäure
und das zweite Passivierungsmittel besteht aus Kaliumhydrogenphthalat.
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Die
wäßrige Lösung, welche
die CMP-Aufschlämmung
bildet, kann einen Beschleuniger bezüglich der Abtragungsrate enthalten,
wie beispielsweise Ammoniumhydrogenphosphat. Die wäßrige Lösung kann
ferner ein pH-Kontrollmittel zum Steuern eines pH-Wertes derselben
enthalten.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein CMP-Verfahren bereitgestellt,
bei dem man eine Oberfläche
eines Halbleiterwafers mit einer Oberfläche eines Polierkissens kontaktiert,
wobei eine wäßrige Lösung, die
schleifende Teilchen und unterschiedliche erste und zweite Passivierungsmittel
enthält,
einer Zwischenschicht zugeführt
wird, und zwar zwischen der Oberfläche des Polierkissens und der
Oberfläche
des Halbleiterwafers, und wobei sich die Oberfläche des Halbleiterwafers relativ
zur Oberfläche
des Polierkissens dreht.
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Bei
einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein STI-Verfahren
bereitgestellt, bei dem eine Kissen-Oxidschicht und eine Siliciumnitrid-Schicht
der Reihe nach über
einer Oberfläche
eines Halbleitersubstrats ausgebildet werden, bei dem eine Vielzahl
der Gräben
durch die Siliciumnitrid-Schicht und die Kissen-Oxidschicht hindurch
ausgebildet werden und zwar in das Halbleitersubstrat hinein, bei
dem eine Isolations-Oxidschicht innerhalb der Vielzahl der Gräben und über der
Siliciumnitrid-Schicht
ausgebildet wird, bei dem die Isolations-Oxidschicht dem CMP-Prozeß unterzogen
wird, um die isolierende Oxidschicht bis herab zu einer Ebene der
Siliciumnitrid-Schicht
abzutragen, und bei dem die Kissen-Oxidschicht und die Siliciumnitrid-Schicht
dann abgetragen werden. Bei diesem STI-Verfahren umfaßt der CMP-Prozeß das Kontaktieren
einer Oberfläche
der Isolations-Oxidschicht mit einer Oberfläche eines Polierkissens, die
Zufuhr einer wäßrigen Lösung, die
schleifende Teilchen und unterschiedliche erste und zweite Passivierungsmittel
enthält,
zu einer Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des Polierkissens und der
Oberfläche
der Isolations-Oxidschicht, und das Drehen der Oberfläche des
Halbleiterwafers relativ zur Oberfläche des Polierkissens.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
oben genannten und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung
ergeben sich klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung
unter Hinweis auf die beigefügten
Zeichnungen:
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1 ist
ein schematisches Diagramm eines herkömmlichen chemisch/mechanischen
Polier (CMP)-Gerätes;
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2(a) bis 2(d) erläutern Stufen
eines herkömmlichen
Seichtgraben-Isolationsprozesses (STI);
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3 zeigt
eine Variation in der Rate der Oxidabtragung in Bezug auf den Gewichtsprozentsatz
eines Beschleunigers bezüglich
der Abtragungsrate, welcher zu einer Oxid-Aufschlämmung gegeben
wird;
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4 zeigt
eine Variation sowohl in der Oxid-Abtragungsrate als auch der Siliciumnitrid
(SiN)-Abtragungsrate als eine Funktion eines Gewichtsprozentsatzes
eines ersten Passivierungsmittels;
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5 zeigt
eine Variation sowohl hinsichtlich der Oxid-Abtragungsrate als auch
der Siliciumnitrid (SiN)-Abtragungsrate als Funktion eines Gewichtsprozentsatzes
eines zweiten Passivierungsmittels;
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6 zeigt
eine Variation sowohl hinsichtlich der Oxid-Abtragungsrate als auch
der Siliciumnitrid (SiN)-Abtragungsrate als Funktion eines Gewichtsprozentsatzes
des zweiten Passivierungsmittels in Kombination mit einer festen
Menge des ersten Passivierungsmittels;
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7 zeigt
eine Variation sowohl hinsichtlich der Oxid-Abtragungsrate, der
Siliciumnitrid (SiN)-Abtragungsrate und der Selektivität von Oxid-zu-SiN
als eine Funktion des pH-Wertes;
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8 ist
ein Prozeß-Flußdiagramm
eines CMP-Verfahrens der vorliegenden Erfindung;
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9 ist
ein Prozeß-Flußdiagramm
eines Seichtgraben-Isolations-verfahrens der vorliegenden Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
chemisch/mechanische Polier(CMP)-Aufschlämmung der vorliegenden Erfindung
besteht aus einer wäßrigen Lösung, die
beispielsweise entioniertes Wasser enthält. Wie noch weiter in Einzelheiten
erläutert wird,
ist die vorliegende Erfindung wenigstens teilweise gekennzeichnet
durch die Entdeckung, daß die
Einbeziehung von zwei oder mehreren unterschiedlichen Passivierungsmitteln
zusammen mit den schleifenden Teil chen der CMP-Aufschlämmung zu
einer unerwartet hohen Selektivität zwischen Oxid und dem Siliciumnitrid (SiN)
führt.
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Ein
erstes Passivierungsmittel besteht aus einem anionischen, kationischen
oder nicht-ionischen Tensid, und ein zweites Passivierungsmittel
besteht aus einer Phthalsäure.
Während
des CMP-Prozesses führen das
erste und das zweite Passivierungsmittel lediglich zu einer selektiven
Passivierung der SiN-Stoppschicht, wodurch das Ätzen der SiN-Stoppschicht reduziert
wird, (was seinerseits die Selektivität erhöht). In Bezug auf das erste
Passivierungsmittel kann das anionische Tensid aus der Gruppe ausgewählt sein,
die aus einer Carbonsäure
und deren Salz, einem Schwefelsäureester
oder dessen Salz, einer Sulfonsäure
oder deren Salz, und einem Phosphorsäureester oder dessen Salz besteht,
und das kationische Tensid kann aus der Gruppe ausgewählt sein,
die aus einem primären
Amin oder dessen Salz, einem sekundären Amin oder dessen Salz, einem
tertiären
Amin oder dessen Salz, und einem quaternären Amin oder dessen Salz,
(d.h. einem quaternären
Ammoniumsalz), und das nicht-ionische Tensid kann aus der Gruppe
ausgewählt
sein, die aus einem Tensid vom Polyethylenglycol-Typ und aus einem
Tensid vom Polyhydroxy-Alkohol-Typ besteht. Bei einem Beispiel besteht
das erste Passivierungsmittel aus einer Polyvinylsulfonsäure, und
das zweite Passivierungsmittel besteht aus Kaliumhydrogenphthalat.
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Der
Gewichtsprozentsatz des ersten Passivierungsmittels in der wäßrigen Lösung kann
bei 0,001–10 Gew.-%,
und bevorzugt bei 0,01–5
Gew.-% liegen. Der Gewichtsprozentsatz des zweiten Passivierungsmittels in
der wäßrigen Lösung kann
bei 0,001–1
Gew.-%, bevorzugt bei 0,02–0,5
Gew.-% liegen.
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Auch
die wäßrige Lösung, welche
die CMP-Aufschlämmung
bildet, enthält
in bevorzugter Weise einen die Abtragungsrate betreffenden Beschleuniger.
Der Beschleuniger bezüglich
der Abtragungsrate kann aus einem solchen bestehen, der aus der
Gruppe ausgewählt
ist, bestehend aus Ammoniumdihydrogenphosphat, Kaliumdihydrogenphosphat,
Bis-(2-ethylhexyl)-phosphat, 2-Aminoethyl-dihydrogenphosphat, 4-Chlorbenzoldiazonium-hexafluorphosphat,
Nitrobenzoldiazonium-hexafluorphosphat, Ammoniumhexafluorphosphat, Bis-(2,4-dichlorphenyl)-chlorphosphat,
Bis-(2-ethylhexyl)- hydrogenphosphat,
Bis-(2-ethylhexyl)-phosphit, Calciumfluorphosphat, Diethylchlorphosphat,
Diethylchlorthiophosphat, Kaliumhexafluorphosphat, Pyrophosphorsäure, Tetrabutylammonium-hexafluorphosphat,
und Tetraethylammonium-hexafluorphosphat. Bei einem Beispiel besteht
der Beschleuniger bezüglich
der Abtragungsrate aus Ammoniumhydrogenphosphat und der Gewichtsprozentsatz
des Ammoniumhydrogenphosphats in der wäßrigen Lösung kann bei 0,001–10 Gew.-% und
bevorzugt bei 0,01–1
Gew.-% liegen.
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Die
wäßrige Lösung, welche
die CMP-Aufschlämmung
bildet, enthält
ferner in bevorzugter Weise ein pH-Kontrollmittel. Beispielsweise
kann der pH-Wert der wäßrigen Lösung im
Bereich von 2 bis 6 liegen. Die wäßrige Lösung kann aus einer Säurelösung, wie
beispielsweise Schwefelsäure,
Chlorsäure,
Phosphorsäure, Salpetersäure oder
dergleichen bestehen, oder die wäßrige Lösung kann
aus einer alkalischen Lösung,
wie beispielsweise Kaliumhydroxid, Natriumhydroxid, Ammoniumhydroxid
oder dergleichen, bestehen.
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Die
schleifenden Teilchen der CMP-Aufschlämmung bestehen in bevorzugter
Weise aus einem Metalloxid, das aus der Gruppe ausgewählt wird,
bestehend aus Cerdioxid, Siliciumdioxid, Aluminiumoxid, Titandioxid,
Zirkoniumdioxid und Germaniumdioxid. Bei einem Beispiel bestehen
die schleifenden Teilchen aus Cerdioxid, und ein Gewichtsprozentsatz
der schleifenden Teilchen in der wäßrigen Lösung liegt bei 0,1–25 Gew.-%.
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Wie
weiter unten gezeigt werden wird, kann die CMP-Aufschlämmung der
vorliegenden Erfindung eine Oxid-zu-Siliciumnitrid-Selektivität von 50:1
und höher
liefern.
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Zuerst
wird jedoch auf 3 eingegangen, welche die Wirkungen
eines Beschleunigers bezüglich
der Abtragungsrate veranschaulicht, wie beispielsweise Ammoniumhydrogenphosphat.
Insbesondere zeigt diese Figur die Variation in der Rate (in Å/Min) der
Oxid-Abtragung in Bezug auf den Betrag des Gewichtsprozentsatzes
von Ammoniumhydrogenphosphat, welches zu der Oxid-Aufschlämmung gegeben
wird. Bei diesem Beispiel besteht das Schleifmittel, das in der
Aufschlämmung
enthalten ist, aus Ceroxid. Wie aus 3 ersehen
werden kann, nimmt die CMP-Abtragungsrate des Oxids im Wesentlichen
nach der Zugabe des Ammoniumhydrogenphosphats zu der Oxid-Aufschlämmung zu.
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Um
nun auf 4 einzugehen, so ist in dieser
die Wirkung der Kombination aus einem einzelnen Passivierungsmittel
mit dem Beschleuniger bezüglich
der Abtragungsrate gezeigt. Insbesondere zeigt diese Figur eine
Variation sowohl hinsichtlich der Oxid (PETEOS)-Abtragungsrate als
auch hinsichtlich der Siliciumnitrid (SiN)-Abtragungsrate als Funktion
eines Gewichtsprozentsatzes der Polyvinylsulfonsäure, die ein anionisches Tensid
ist, welches als ein einzelnes Passivierungsmittel zu der Oxidaufschlämmung gegeben
wird. Bei diesem Beispiel enthält
die Oxid-Aufschlämmung
auch das Ammoniumhydrogenphosphat (den Beschleuniger bezüglich der
Abtragungsrate), der weiter oben in Verbindung mit 3 erläutert wurde.
Wie aus 4 ersehen werden kann, nimmt
die Oxid-Abtragungsrate relativ zu derjenigen von 3 etwas
zu. Jedoch ist die Oxid-zu-SiN-Selektivität der Aufschlämmung in
nachteiliger Weise niedrig.
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Um
nun als nächstes
auf 5 einzugehen, so ist in dieser die Wirkung der
Kombination aus einem unterschiedlichen einzelnen Passivierungsmittel
mit einem Beschleuniger bezüglich
der Abtragungsrate dargestellt. Insbesondere zeigt diese Figur eine
Variation sowohl hinsichtlich der Oxid (PETEOS)-Abtragungsrate als
auch hinsichtlich der Siliciumnitrid (SiN)-Abtragungsrate als Funktion
eines Gewichtsprozentsatzes des Kaliumhydrogenphthalats, welches
als einzelnes Passivierungsmittel zu der Oxid-Aufschlämmung gegeben
wird. Bei diesem Beispiel enthält
die Oxid-Aufschlämmung
auch das Ammoniumhydrogenphosphat (den Beschleuniger bezüglich der
Abtragungsrate), der weiter oben in Verbindung mit 3 erläutert wurde.
Wie aus 5 ersehen werden kann, gibt
es unwesentliche Änderungen
in der Oxid-Abtragungsrate, und die Siliciumnitrid-Abtragungsraten
nehmen etwas ab. Ferner bleibt die Oxid-zu-SiN-Selektivität niedrig.
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Wie
somit aus den 4 und 5 ersehen
werden kann, führt
die Zugabe eines einzelnen Passivierungsmittels (entweder Polyvinylsulfonsäure oder
Kaliumhydro genphthalat) zu der CMP-Aufschlämmung nicht zu einer relativ
hohen Oxid-zu-SiN-Selektivität.
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Wie
an früherer
Stelle bereits festgehalten wurde, ist die vorliegende Erfindung
wenigstens zum Teil durch die Entdeckung gekennzeichnet, daß die Einbeziehung
von zwei oder mehreren unterschiedlichen Passivierungsmitteln zusammen
mit den schleifenden Teilchen der CMP-Aufschlämmung zu einer unerwartet hohen
Oxid-zu-Siliciumnitrid (SiN)-Selektivität führt. Dies wird am Beispiel
von 6 demonstriert. Insbesondere zeigt diese Figur, ähnlich wie 5,
eine Variation sowohl hinsichtlich der Oxid (PETEOS)-Abtragungsrate
als auch hinsichtlich der Siliciumnitrid-(SiN)-Abtragungsrate als
eine Funktion des Gewichtsprozentsatzes des Kaliumhydrogenphthalats,
welches als ein Passivierungsmittel zu der Oxid-Aufschlämmung gegeben
wird. Im Gegensatz zu dem Beispiel von 5 enthält jedoch
die Oxid-Aufschlämmung
von 6 ein zusätzliches Passivierungsmittel
(Polyvinylsulfonsäure)
als auch Ammoniumhydrogenphosphat (den Beschleuniger bezüglich der
Abtragungsrate). D.h. die Aufschlämmung des Beispiels von 6 enthält zwei
unterschiedliche Passivierungsmittel, und zwar ein erstes Passivierungsmittel
aus einer Polyvinylsulfonsäure
und ein zweites Passivierungsmittel aus Kaliumhydrogenphthalat als
auch einen Beschleuniger bezüglich
der Abtragungsrate. Hier liegt die prozentuale Menge der Polyvinylsulfonsäure bei
0,05 Gew.-%. Wie leicht aus den großen Unterschieden in den Oxid-
und SiN-Abtragungsraten
ersichtlich ist, die in 6 gezeigt werden, kann eine überraschend hohe
Oxid-zu-SiN-CMP-Selektivität
erreicht werden, indem zwei unterschiedliche Passivierungsmittel
(z.B. Polyvinylsulfonsäure
und Kaliumhydrogenphthalat) zu der CMP-Aufschlämmung gegeben werden.
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Wie
an früherer
Stelle dargelegt wurde, enthält
die CMP-Aufschlämmung
der vorliegenden Erfindung in bevorzugter Weise ein pH-Kontrollmittel.
Das pH-Kontrollmittel kann den pH-Wert der Aufschlämmung dadurch
steuern, dass die Zusammensetzung einer Säurelösung, wie beispielsweise Schwefelsäure, Phosphorsäure, Chlorwasserstoffsäure, Salpetersäure oder
einer Carbonsäure,
oder einer alkalischen Lösung,
wie beispielsweise Ammoniumhydroxid oder Kaliumhydroxid, variiert
wird, und zwar in Abhängigkeit
von den Gewichtsprozentsätzen
des Beschleunigers bezüglich
der Abtra gungsrate und des ersten und des zweiten Passivierungsmittels,
die zu der Aufschlämmung
gegeben wurden. Bei dieser Ausführungsform
wird der pH-Wert der Aufschlämmung
unter Verwendung von Schwefelsäure
und Kaliumhydroxid gesteuert.
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7 zeigt
die Oxid- und Siliciumnitrid-Abtragungsraten einer CMP-Aufschlämmung als
Funktion des pH-Wertes. Hierbei enthält die Aufschlämmung den
Beschleuniger bezüglich
der Abtragungsrate und das erste und das zweite Passivierungsmittel,
und der pH-Wert der resultierenden Aufschlämmung wurde willkürlich unter
Verwendung des pH-Kontrollmittels gesteuert. Wie aus 7 ersehen
werden kann, wird die höchste Oxid-zu-SiN-Selektivität bei einem
pH-Wert von 4 gezeigt.
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Um
das Verständnis
der vorliegenden Erfindung noch weiter zu erhöhen, werden nachstehend eine Anzahl
von unterschiedlichen Testbeispielen beschrieben.
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Erste Testproben
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Drei
Aufschlämmungsproben
wurden hergestellt, um die Variationen in den Eigenschaften der
Aufschlämmung
zu bewerten und zwar in Bezug auf eine Menge der Phosphatverbindung,
die zu der Aufschlämmung
gegeben wurde. In einem Probe-Wafer,
der aus einem PETEOS Deck-Wafer (PETEOS blanket wafer) bestand,
wurde das PETEOS mit einer Dicke von 10.000 Å auf einem Polysilicium-Substrat
abgeschieden und es wurde eine Cerdioxid-Polierlösung von 1 Gew.-% als Poliermittel
verwendet. Der Poliervorgang wurde mit einem 6'' PRESI-Gerät unter
Verwendung eines IC 1400 Stapelkissens (stack pad) und eines R200
Trägerfilms von
der Fa. RODEL bei einem Abwärtsdruck
(down pressure) von 34,5 kPa (= 5 psi), einer Tischdrehzahl von 65
Umdrehungen/Minute, einer Spindeldrehzahl (spindle speed) von 35
Umdrehungen/Minute und einer Aufschlämmungs-Flußrate von 250 ml/Min. durchgeführt. Die
Ergebnisse der Bewertung der drei Aufschlämmungs-Proben sind in der Tabelle
1 gezeigt.
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Wie
aus der Tabelle 1 ersehen werden kann, wird dann, wenn eine kleine
Menge (ca. 0,05 Gew.-%) des Ammoniumhydrogenphosphats, welches eine
Phosphatverbindung ist, zu der Aufschlämmungs-Zusammensetzung gegeben
wird, die Oxid-Abtragungsrate wesentlich erhöht.
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Zweite Testproben
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Es
wurden fünf
Aufschlämmungs-Proben
hergestellt, um die Oxid- und SiN-Abtragungsraten und die Selektivität relativ
zu dem Gewichtsprozentsatz der zugegebenen Polyvinylsulfonsäure in einem
Zustand zu bewerten, bei dem die Menge des Ammoniumhydrogenphosphats
bei 0,25 Gew.-% festgelegt ist. Jeder Probe-Wafer bestand aus einem
PETEOS Deck-Wafer oder einem Siliciumnitrid-Deck-Wafer. Wenn der
Probe-Wafer aus einem PETEOS-Deck-Wafer bestand, wurde PETEOS mit
einer Dicke von 10.000 Å auf
einem Polysilicium-Substrat abgeschieden. Wenn der Probe-Wafer aus
einem Siliciumnitrid-Deck-Wafer bestand, wurden Hochtemperatur-Oxid-
und Siliciumnitrid der Reihe nach mit einer Dicke von 1.000 Å bzw. 2.000 Å auf einem
Polysilicium-Substrat abgeschieden. Bei dem Probe-Wafer wurde eine
Cerdioxid-Polierlösung
von 1 Gew.-% als Poliermittel verwendet. Der Poliervorgang wurde
mit einem 6'' PRESI-Gerät durchgeführt, und zwar
unter Verwendung eines IC 1400 Stapelkissens und eines R200 Trägerfilms
von der Fa. RODEL, bei einem Abwärtsdruck
von 34,5 kPa (= 5 psi), einer Tischdrehzahl von 65 Umdrehungen/Minute,
einer Spindeldrehzahl von 35 Umdrehungen/Minute und einer Aufschlämmungs-Flußrate von
250 ml/Min. Die Ergebnisse der Bewertung der fünf Aufschlämmungs-Proben sind in der Tabelle
2 gezeigt.
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Wie
aus der Tabelle 2 ersehen werden kann, nehmen dann, wenn die Gewichtsprozentsätze der
Polyvinylsulfonsäure
zunehmen, die Abtragungsraten sowohl des Oxids als auch des SiN
allgemein in einer linearen Weise zu. Als ein Ergebnis ergibt sich
keine Verbesserung in der Selektivität.
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Dritte Testproben
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Es
wurden fünf
Aufschlämmungs-Proben
hergestellt, um die Oxid- und SiN-Abtragungsraten und die Selektivität relativ
zu dem Gewichtsprozentsatz des zugegebenen Kaliumhydrogenphthalats
in einem Zustand zu bewerten, bei dem die Menge des Ammoniumhydrogenphosphats
bei 0,2 Gew.-% festgelegt ist.
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Jeder
Probe-Wafer bestand aus einem PETEOS Deck-Wafer oder aus einem Siliciumnitrid-Deck-Wafer.
Wenn der Probe-Wafer aus einem PETEOS Deck-Wafer bestand, wurde
das PETEOS mit einer Dicke von 10.000 Å auf einem Polysilicium-Substrat
abgeschieden. Wenn der Probe-Wafer aus einem Siliciumnitrid-Deck-Wafer
bestand, wurden Hochtemperatur-Oxid- und Siliciumnitrid der Reihe
nach mit einer Dicke von 1.000 Å bzw.
2.000 Å auf
einem Polysilicium-Substrat abgeschieden. Bei dem Probe-Wafer wurde
eine Cerdioxid-Polierlösung
von 1 Gew.-% als Poliermittel verwendet. Der Poliervorgang wurde
mit einem 6'' PRESI-Gerät unter
Verwendung eines IC 1400 Stapelkissens und eines R200 Trägerfilms
von der Fa. RODEL durchgeführt,
und zwar bei einem Abwärtsdruck
von 34,5 kPa (= 5 psi), einer Tischdrehzahl von 65 Umdrehungen/Minute,
einer Spindeldrehzahl von 35 Umdrehungen/Minute und bei einer Aufschlämmungs-Flußrate von
250 ml/Min. Die Ergebnisse der Bewertung der fünf Aufschlämmungs-Proben sind in der Tabelle
3 gezeigt.
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Wie
aus der Tabelle 3 ersehen werden kann, nimmt dann, wenn der Gewichtsprozentsatz
des Kaliumhydrogenphthalats erhöht
wird, die Oxid-Abtragungsrate etwas zu und die SiN-Abtragungsrate
nimmt etwas ab, was zu einer Zunahme in der Selektivität führt. Nichtsdestoweniger
ist die Selektivität
weiterhin relativ niedrig.
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Vierte Testproben
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In
diesem Fall wurden fünf
Aufschlämmungs-Proben
hergestellt, um die Oxid- und
SiN-Abtragungsraten und die Selektivität relativ zu dem Gewichtsprozentsatz
des zugegebenen Kaliumhydrogenphthalats zu bewerten, das ein Passivierungsmittel
ist, und zwar in einem Zustand, bei dem der Gewichtsprozentsatz
des Ammoniumhydrogenphosphats, das einen Beschleuniger bezüglich der
Abtragungsrate darstellt, und der Polyvinylsulfonsäure, die
ein anderes Passivierungsmittel darstellt, bei 0,05 Gew.-% festgelegt
sind.
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Jeder
Probe-Wafer bestand aus einem PETEOS Deck-Wafer oder aus einem Siliciumnitrid-Deck-Wafer.
Wenn der Probe-Wafer aus einem PETEOS Deck-Wafer bestand, wurde
PETEOS mit einer Dicke von 10.000 Å auf einem Polysilicium-Substrat
abgeschieden. Wenn der Probe-Wafer aus einem Siliciumnitrid-Deck-Wafer
bestand, wurden Hochtemperatur-Oxid und Silicium-Nitrid der Reihe
nach mit einer Dicke von 1.000 Å bzw.
2:000 Å auf
einem Polysilicium-Substrat abgeschieden. Bei dem Probe-Wafer wurde eine
Cerdioxid-Polierlösung
von 1 Gew.-% als Poliermittel verwendet. Der Poliervorgang wurde
mit einem 6'' PRESI-Gerät unter
Verwendung eines IC1400 Stapelkissens und eines R200 Trägerfilms
der Fa. RODEL durchgeführt, und
zwar bei einem Abwärtsdruck
von 34,5 kPa (= 5 psi), einer Tischdrehzahl von 65 Umdrehungen/Minute, einer
Spindeldrehzahl von 35 Umdrehungen/Minute und einer Aufschlämmungs-Flußrate von
250 ml/Min. Die Ergebnisse der Bewertung der fünf Aufschlämmungs-Proben sind in der Tabelle
4 gezeigt.
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Wie
aus der Tabelle 4 unmittelbar ersehen werden kann, wird die Oxid-zu-SiN-Selektivität wesentlich durch
die Zugabe der unterschiedlichen ersten und zweiten Passivierungsmittel
(wie beispielsweise Polyvinylsulfonsäure und Kaliumhydrogenphthalat)
zu der CMP-Aufschlämmung
erhöht,
welche auch den Beschleuniger bezüg lich der Abtragungsrate enthält. In der
Tat kann eine Selektivität
von 50:1 oder mehr erreicht werden. Dies steht in einem sehr günstigen
Vergleichsverhältnis
zu den herkömmlichen
Aufschlämmungen,
die in typischer Weise eine Selektivität von ca. 4:1 oder dergleichen
besitzen.
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Fünfte Testproben
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In
diesem Fall wurden drei Aufschlämmungs-Proben
hergestellt, um die Oxid- und
SiN-Abtragungsraten in Bezug auf unterschiedliche pH-Werte in einem
Zustand zu bewerten, bei dem die Gewichtsprozentsätze des
Ammoniumhydrogenphosphats, der Polyvinylsulfonsäure und des Kaliumhydrogenphthalats
auf 0,05 Gew.-% festgelegt sind.
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Jeder
Probe-Wafer bestand aus einem PETEOS Deck-Wafer oder einem Siliciumnitrid-Deck-Wafer. Wenn
der Probe-Wafer aus einem PETEOS Deck-Wafer bestand, wurde PETEOS
mit einer Dicke von 10.000 Å auf
einem Polysilicium-Substrat abgeschieden. Wenn der Probe-Wafer aus
einem Siliciumnitrid-Deck-Wafer bestand, wurden Hochtemperaturoxid
und Siliciumnitrid der Reihe nach mit einer Dicke von 1.000 Å bzw. 2.000 Å auf einem
Polysilicium-Substrat abgeschieden. Bei dem Probe-Wafer wurde eine
Cerdioxid-Polierlösung
von 1 Gew.-% als Poliermittel verwendet. Der Poliervorgang wurde
in einem 6'' PRESI-Gerät unter
Verwendung eines IC1400 Stapelkissens und eines R200 Trägerfilms
der Fa. RODEL durchgeführt,
und zwar bei einem Abwärtsdruck
von 34,5 kPa (= 5 psi), einer Tischdrehzahl von 65 Umdrehungen/Minute,
einer Spindeldrehzahl von 35 Umdrehungen/Minute und einer Aufschlämmungs-Flußrate von
250 ml/Min. Die Ergebnisse der Bewertung der drei Aufschlämmungs-Proben
sind in der Tabelle 5 gezeigt.
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Wie
aus der Tabelle 5 ersehen werden kann, nimmt der pH-Wert der Aufschlämmung zu,
die Abtragungsrate des PETEOS nimmt ab, während jedoch die Abtragungsrate
des Siliciumnitrids wesentlich zunimmt. Infolgedessen nimmt die
Selektivität
von PETEOS in Bezug auf SiN wesentlich ab. Demzufolge wurde bei
dieser speziellen Ausführungsform
bestimmt, daß eine
Aufschlämmung
mit einem pH-Wert von 6 oder weniger eine hohe Selektivität zeigt.
Als solches kann die Selektivität
insbesondere durch die Verwendung des ersten und des zweiten Passivierungsmittels
zusammen mit einem pH-Kontrollmittel erhöht werden, was zu einem pH Wert
von 6 oder weniger führt.
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Um
nun auf das Prozeß-Flußdiagramm
von 8 einzugehen, so soll im folgenden ein CMP-Prozeß nach der
vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Bei dem Schritt 802 wird
eine Oberfläche
eines Halbleiterwafers, der poliert werden soll, in Kontakt mit
der Oberfläche
eines Polierkissens gebracht. Bei dem Schritt 804 wird
eine wäßrige Lösung, die
schleifende Teilchen und unterschiedliche erste und zweite Passivierungsmittel
enthält,
einer Zwischenschicht zwischen der Oberfläche des Polierkissens und der
Oberfläche des
Halbleiterwafers zugeführt.
Dann dreht sich die Oberfläche
des Halbleiterwafers relativ zur Oberfläche des Polierkissens bei dem
Schritt 806.
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Wie
an früherer
Stelle erwähnt
wurde, kann das erste Passivierungsmittel aus einer Polyvinylsulfonsäure bestehen,
und das zweite Passivierungsmittel kann aus Kaliumhydrogenphthalat
bestehen. Es kann auch ein Beschleuniger für die Abtragungsrate und/oder
ein pH-Kontrollmittel zu der wäßrigen Lösung gegeben
werden, welche die CMP-Aufschlämmung
bildet.
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9 zeigt
ein Prozeß-Flußdiagramm
eines Seichtgraben-Isolationsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Schritt 902 wird eine Kissen-Oxidschicht über einer
Oberfläche
eines Halbleitersubstrats ausgebildet. Dann wird bei dem Schritt 904 eine
Siliciumnitrid-Schicht über
der Kissen-Oxidschicht in solcher Weise ausgebildet, daß die Kissen-Oxidschicht
zwischen dem Halbleitersubstrat und der Siliciumnitrid-Schicht eingefügt wird.
Als nächstes
werden bei dem Schritt 906 eine Vielzahl an Gräben ausgebildet,
die sich durch die Siliciumnitrid-Schicht, die Kissen-Oxidschicht
und in das Halbleitersubstrat hinein erstrecken. Bei dem Schritt 908 wird
eine Isolations-Oxidschicht innerhalb der Vielzahl der Gräben und über der
Siliciumnitrid-Schicht
ausgebildet. Als nächstes
wird bei dem Schritt 910 die Isolations-Oxidschicht herab
bis zu einer Ebene der Siliciumnitrid-Schicht abgetragen, indem
diese einem chemisch/mechanischen Polierprozeß unterworfen wird, der in
Verbindung mit 8 beschrieben wurde. Wiederum
kann das erste Passivierungsmittel aus der Polyvinylsulfonsäure bestehen,
und das zweite Passivierungsmittel kann aus dem Kaliumhydrogenphthalat
bestehen. Auch kann ein Beschleuniger bezüglich der Abtragungsrate und/oder
ein pH-Kontrollmittel zu der wäßrigen Lösung gegeben
werden, welche die CMP-Aufschlämmung darstellt.
Dann wird bei dem Schritt 912 die Kissen-Oxidschicht und
die Siliciumnitrid-Schicht abgetragen, was dazu führt, daß eine Vielzahl
von Graben-Oxidzonen
in der Oberfläche
des Halbleitersubstrats verbleiben.
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Während die
vorliegende Erfindung unter Hinweis auf die offenbarten spezifischen
Ausführungsformen
beschrieben wurde, sei darauf hingewiesen, daß Abwandlungen vorgenommen
werden können,
ohne dadurch den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Der Rahmen der
Erfindung ist nicht auf die Beschreibung und die hier dargestellten
Beispiele eingeschränkt,
sondern wird vielmehr durch die anhängenden Ansprüche definiert.