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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Herstellungsverfahren für einen
Grabenkondensator mit einem Isolationskragen, der über einen
vergrabenen Kontakt einseitig mit einem Substrat elektrisch verbundenen
ist, insbesondere für
eine Halbleiterspeicherzelle, wie z.B. aus der
DE 198 43 641 A1 bekannt.
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Die
deutsche Offenlegungsschrift 102 19 123 A1 offenbart ein Verfahren
zum Strukturieren keramischer Schichten. Dabei wird zunächst ein
keramisches Material auf einem Substrat abgeschieden und durch Tempern
verdichtet. Um das Material wieder vom Substrat entfernen zu können, werden
Fehlstellen im keramischen Material erzeugt, wodurch das Ätzmedium
leichter am keramische Material angreifen kann. Durch Schrägimplantation
kann das Verfahren selbstjustierend durchgeführt werden und beispielsweise
in Gräben
für Deep-Trench-Kondensatoren
das keramische Material einseitig abgetragen werden.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift 102 05 077 A1 wird eine Halbleiterspeicherzelle
mit einem Graben und einem planaren Auswahltransistor sowie Verfahren
zu ihrer Herstellung offenbart. Ein einseitig vergrabener Kontakt
wird durch Schrägimplantation, beispielsweise
mit N2 oder Argon, gebildet, wobei die Implantation
auf einer fest vorgegebenen Richtung mit einem Neigungswinkel zwischen
15° und
40° erfolgt.
Die Implantationsstrukturen bewirken unterschiedliche Ätz- oder
Oxidationseigenschaften des implantierten Materials.
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In
der deutschen Offenlegungsschrift 102 37 508 A1 wird ein Verfahren
zum Bilden einer Maskierschicht auf einem Substrat mit einem wenigstens eine
Seitenwand umfassenden Strukturelement zur Maskierung eines physikalischen
oder chemischen Prozesses offenbart, wobei das Strukturelement erhaben
auf oder vertieft in dem Substrat gebildet ist.
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Obwohl
prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden
die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in
bezug auf integrierte Speicherschaltungen in Silizium-Technologie
erläutert.
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Das
oben erwähnte
und weitere ähnliche
bekannte Verfahren weisen Probleme auf, wenn es darum geht einen
tiefgelegenen vergrabenen Kontakt in einem Graben mit sehr hohem
Aspektverhältnis
(typischerweise > 3)
zu fertigen, wie es beispielsweise bei DRAMs mit einer Designregel
von weniger als 70 nm auftaucht.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches
und sicheres Herstellungsverfahren für einen derartigen einseitig
angeschlossenen Grabenkondensator mit hohem Aspektverhältnis anzugeben.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Herstellungsverfahren
gelöst.
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Der
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
liegen insbesondere darin, dass es eine genaue Definition des Anschlussgebietes
beim jeweiligen vergrabenen Kontakt des Grabenkondensators selbst
bei hohem Aspektverhältnis
ermöglicht.
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Die
der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin,
eine in der Nähe
der Substratoberfläche
mittels einer Maskierung definierte Struktur über Hilfsmaterial, das unproblematisch
entfernt werden kann, in die Tiefe an den Ort des vergrabenen Kontaktes
zu übertragen.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
in Anspruch 1 angegebenen Herstellungsverfahrens.
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Gemäss einer
bevorzugten Weiterbildung umfasst das Vorsehen der Maske auf der
Füllung
folgende Schritte:
Einsenken der Füllung in den Graben;
Vorsehen
einer Silizium-Linerschicht im Graben;
Durchführen einer
schrägen
Implantation in die Silizium-Linerschicht;
selektives Ätzen des
implantierten oder nicht-implantierten Bereichs der Silizium-Linerschicht;
und
Oxidieren des nicht selektiv geätzten Bereichs der Silizium-Linerschicht, wobei
der oxidierte, nicht selektiv geätzte
Bereich die Maske bildet.
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Gemäss einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung werden nach dem Bilden des vergrabenen Kontakts
eine weitere Linerschicht und anschließend eine weitere Füllung in
dem Graben vorgesehen; die weitere Füllung bis unterhalb der Oberseite
der Füllung
eingesenkt wird; die weitere Linerschicht von der Oberfläche der
Füllung
entfernt wird; die Füllung
und die weitere Füllung
in einem gemeinsamen Ätzschritt entfernt
werden; und die Linerschicht und die weitere Linerschicht in einem
gemeinsamen Ätzschritt
entfernt werden.
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Gemäss einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung bestehen die Füllung und
die weitere Füllung aus
amorphem oder polykristallinem Silizium.
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Gemäss einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung bestehen die Linerschicht und
die weitere Linerschicht aus Siliziumoxinitrid.
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Gemäss einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung umfasst das Vorsehen einer Silizium-Linerschicht
im Graben folgende Schritte:
Abscheiden der Silizium-Linerschicht über der
Hartmaske und der eingesenkten Füllung;
Vorsehen
einer mit der Oberseite der Silizium-Linerschicht planaren Siliziumoxid-Füllung;
Zurückziehen
der Silizium-Linerschicht bis unterhalb der Oberseite der Hartmaske;
und
Entfernen der Siliziumoxid-Füllung.
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Gemäss einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Füllung durch eine erste untere
und eine zweite obere Linerschicht im Graben eingekapselt, wonach
die Füllung
mit der zweiten oberen Linerschicht planarisiert wird, und wonach
eine Photolackmaske oder eine Hartmaske, die zuvor mit einer Photolackmaske
strukturiert wird, auf der Füllung vorgesehen
wird.
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Gemäss einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung werden nach dem Entfernen eines
Teils der Füllung
unter Verwendung der Photolackmaske oder der Hartmaske folgende
Schritte durchgeführt:
Entfernen
eines Teils der zweiten oberen Linerschicht unter Verwendung des
teilgefüllten
Grabens als Maske;
Entfernen der Photolackmaske oder Hartmaske
und der restlichen Füllung,
was gleichzeitig mit dem teilweise Entfernen der zweiten oberen
Linerschicht geschehen kann;
Entfernen eines Teils der ersten
unteren Linerschicht zum Freilegen eines entsprechenden Teils des
Isolationskragens;
gleichzeitiges Entfernen des dem vergrabenen
Kontakt entsprechenden Teils des Isolationskragens und der restlichen
zweiten oberen Linerschicht; und
Entfernen der restlichen ersten
unteren Linerschicht.
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Gemäss einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht die Füllung aus amorphem oder polykristallinem
Silizium.
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Gemäss einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung besteht die erste untere Linerschicht
aus Siliziumnitrid und die zweite obere Linerschicht aus Siliziumoxid.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1A–O schematische
Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens
als erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung; und
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2A–G schematische
Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien eines Herstellungsverfahrens
als zweite Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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In
den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche
Bestandteile.
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1A–O sind
schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien
eines Herstellungsverfahrens als erste Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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In 1A bezeichnet Bezugszeichen 1 ein Silizium-Halbleitersubstrat,
in dem mittels einer Hartmaske 3 ein Graben 5 vorgesehen
worden ist. Auf den Grabenwänden
befindet sich im unteren Bereich ein dünnes Kondensator-Dielektrikum 30,
das zusammen mit dem Substrat 1 und einer im Inneren des Grabens 5 vorgesehenen
leitenden Füllung 20 vorzugsweise
aus Polysilizium einen Kondensator bildet. Im mittleren und oberen
Grabenbereich ist ein Isolationskragen 10 vorzugsweise
aus Siliziumoxid vorgesehen. Sowohl die leitende Füllung 20 als
auch der Isolationskragen 10 sind gegenüber der Oberseite OS des Halbleitersubstrats 1 eingesenkt.
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In
einem darauffolgenden Prozessschritt, der in 1B illustriert ist, wird zunächst eine
Oxinitrid-Linerschicht 50 über der resultierenden Struktur abgeschieden.
Dann wird der Graben 5 mit einer weitere Füllung 60 vorzugsweise
aus amorphem oder polykristallinem Silizium gefüllt und die Füllung 60 mittels
eines chemisch-mechanischen Polierschritts planarisiert und dann
bis unterhalb der Oberseite OS des Halbleitersubstrats 1 zurückgeätzt. Dabei
wird auch die Oxinitrid-Linerschicht 50 von
der Oberfläche der
Hartmaske 3 entfernt. Die Füllung 60 dient im späteren Prozessverlauf
zur Strukturübertragung, wie
nachstehend beschrieben.
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Weiter
mit Bezug auf 1C wird
dann die Oberfläche
der resultierenden Struktur entweder stark nitridiert bzw. eine
sehr dünne
Siliziumnitrid-Linerschicht 65 über der resultierenden Struktur
abgeschieden. Diese Nitridierung dient als Diffusionsbarriere bei
der nachfolgenden Oxidation der Hart maske 70 gegenüber der
Füllung 60. Über der
Siliziumnitrid-Linerschicht 65 wird
dann vorzugsweise eine amorphe oder polykristalline Silizium-Linerschicht 70 vorgesehen.
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Weiter
mit Bezug auf 1D wird
dann der Graben 5 vorzugsweise mit einer Siliziumoxid-Füllung 88 verschlossen,
die bis zur Oberseite der amorphen Silizium-Linerschicht 70 zurückpoliert
wird.
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Weiter
mit Bezug auf 1E wird
dann die amorphe oder polykristalline Silizium-Linerschicht 70 nach
unterhalb der Oberkante der Hartmaske 3 zurückgezogen,
so dass diese vollständig
von der Oberfläche
der Hartmaske 3 entfernt ist.
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Wie
in 1F dargestellt, wird
dann die vorzugsweise Siliziumoxid-Füllung 88 aus dem Graben 5 entfernt
und danach ein schräger
Implantationsschritt I durchgeführt,
bei dem vorzugsweise Bor-Ionen in einen Teilbereich 70a der
amorphen oder polykristallinen Silizium-Linerschicht 70 implantiert
werden. Um den Teilbereich 70A zu überdecken, ist es notwendig,
die Implantationsrichtung beim Implantationschritt I senkrecht zur
Zeichnungsebene zu verschwenken.
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Wie
in 1G dargestellt, wird
dann entweder der nicht implantierte Bereich oder der implantierte
Bereich der amorphen oder polykristallinen Silizium-Linerschicht 70 durch
eine Ätzungselektiv
entfernt. Anschließend
erfolgt eine Oxidation des verbleibenden Bereichs 70a der
amorphen oder polykristallinen Silizium-Linerschicht 70 zur
Bildung eines oxidierten Bereichs 70b.
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Die
Nitridierung bzw. der dünne
Siliziumnitrid-Liner 65 auf der Oberfläche der vorzugsweise amorphen
oder polykristallinen Silizium-Füllung 60 verhindert
dabei auf der einen Seite den Durchbruch der nasschemischen Ätzung in
die Füllung 60 und
auf der anderen Seite die Oxidation der Füllung 60 beim Oxidieren
des Bereichs 70b.
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Weiter
mit Bezug auf 1H wird
dann die Nitridierung bzw. der dünne
Siliziumnitrid-Liner 65 durchbrochen und durch eine Ätzung der
Bereich, der von dem oxidierten Bereich 70b freigelassen
ist, in die vorzugsweise amorphe oder polykristalline Silizium-Füllung 60 übertragen.
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Weiter
mit Bezug auf 1I werden
dann der oxidierte Bereich 70b und der im Graben freiliegende
Bereich der vorzugsweise Oxinitrid-Linerschicht 50 durch
eine jeweilige Ätzung
entfernt.
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Im
anschließenden
Prozessschritt, der in 1J gezeigt
ist, wird mit einer Trockenätzung
der Isolationskragen 10 im freiliegenden Bereich entfernt und
somit das Fenster für
den späteren
vergrabenen Kontakt freigelegt. Um den Isolationskragen 10 rückstandsfrei
aus diesem Fenster zu entfernen, schließt sich eine nasschemische
Reinigung der Ätzgrube
an.
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Wie
in 1K dargestellt, erfolgt
dann zunächst
eine Nitridierung der Oberfläche
zur Konditionierung des freiliegenden Halbleitersubstrats 1,
der sich eine Divot-Füllung
und Divot-Ätzung einer
vorzugsweise amorphen oder polykristallinen Polysilizium-Schicht 80 anschließen, die
letztlich die leitende Füllung 20 mit
dem Substrat 1 halbseitig elektrisch verbindet und so den
vergrabenen Kontakt bildet.
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Eigentlich
ist der vergrabene Anschluss zu diesem Zeitpunkt schon strukturell
ausgebildet, jedoch kann es vorteilhaft sein, die verbleibende Linerschicht 50 bzw.
vorzugsweise amorphe oder polykristalline Polysilizium-Füllung 60 im
Graben noch zu entfernen. Zu diesem Zweck wird gemäss 1L zunächst eine weitere vorzugsweise
Oxinitrid-Linerschicht 90 über der resultierenden Struktur
vorgesehen.
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Darauffolgend
wird gemäss 1M der obere Bereich des
Grabens 5 vorzugsweise mit einer weiteren amorphen oder
polykri stallinen Silizium-Füllung 100 aufgefüllt und
diese eingesenkt, woran anschließend die auf der Oberseite
freiliegende Oxinitrid-Linerschicht 90 vorzugsweise durch
eine Trockenätzung
(Spacer-Ätzung)
geöffnet
wird. Beim Einsenken der Polysilizium-Füllung 100 ist es zweckmäßig, deren
Oberseite tiefer einzusenken als die Oberseite der Polysilizium-Füllung 60,
damit der Oxinitrid-Liner 90 auf der Oberseite der ersten
Polysilizium-Füllung 60 durch
die einfache Spacer-Ätzung entfernbar
ist. Insbesondere im Zusammenhang mit 1M wird
der Sinn der Oxinitrid-Linerschichten 50, 90 deutlich,
da ohne diese Liner das Halbleitersubstrat 1 bzw. die Füllung 20 geätzt werden
würden.
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Gemäss 1N werden dann die freiliegenden
amorphen oder polykristallinen Silizium-Füllungen 60 bzw. 100 durch
eine Ätzung
entfernt und die verbleibende Oxinitrid-Linerschicht 50 bzw. 90 ebenfalls
gestrippt.
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Im
Anschluss an den Prozesszustand gemäss 1N, in dem sämtliche Hilfsmaterialien aus dem
Graben 5 entfernt worden sind, wird gemäss 1O der Graben vorzugsweise mittels einer
Siliziumoxid-Füllung 110 bis
zur Oberseite des Halbleitersubstrats verschlossen.
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Besondere
Vorteile dieser ersten Ausführungsform
liegen darin, dass das Fenster für
den vergrabenen Anschluss in der Tiefe selbstjustiert gebildet werden
kann, und die Größe des Fensters
nicht von den Toleranzen zweier Rückätzprozesse abhängt. Der
vergrabene Anschluss wird additiv erstellt, und aufgrund des maximal
großen
Querschnitts kann der Widerstand des vergrabenen Kontaktes minimal eingestellt
werden. Alle angewendeten Prozesse zu diesem selbstjustierten Aufbau
des vergrabenen Kontaktes sind prinzipielle Standard-Prozesse.
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2A–G sind
schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Verfahrensstadien
eines Herstellungsverfahrens als zweite Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung.
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Der
in 2A dargestellte Prozesszustand entspricht
dem Prozesszustand gemäss 1A, bei dem die leitende
Polysilizium-Füllung 20 und
der Isolationskragen 10 im oberen Grabenbereich eingesenkt
sind.
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Weiter
mit Bezug auf 2B werden über der
resultierenden Struktur zwei Linerschichten abgeschieden, nämlich vorzugsweise
eine Siliziumnitrid-Linerschicht 150 und darüber vorzugsweise
eine Siliziumoxid-Linerschicht 155. Im Anschluss daran wird über der
resultierenden Struktur vorzugsweise ein amorphes oder polykristallines
Silizium abgeschieden und zurückpoliert,
um den Graben 5 im oberen Bereich mit einer amorphen oder
polykristallinen Silizium-Füllung 160 auszukleiden,
welche wie bei der ersten Ausführungsform
als Hilfsschicht zur Strukturübertragung
dient. Im daran anschließenden Prozessschritt
wird eine Photolackmaske oder eine Hartmaske, die zuvor photolithographisch
strukturiert worden ist, 180 auf der resultierenden Struktur
gebildet, welche einen Teilbereich an der Grabenoberseite freilegt.
Die Funktion der Photolackmaske oder Hartmaske 180 entspricht
somit derjenigen der Linermaske 70b bei der ersten Ausführungsform.
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Weiter
mit Bezug auf 2C wird
dann ein Ätzschritt
durchgeführt,
bei dem ein Teilbereich der amorphen oder polykristallinen Silizium-Füllung 160 entfernt
wird. Anschließend
wird die darunter liegende Siliziumoxid-Linerschicht 155 ebenfalls
entfernt und dann die Photolackmaske oder Hartmaske 180 gestrippt,
was letztlich zum im 2C gezeigten
Prozesszustand führt.
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Weiter
mit Bezug auf 2D wird
dann der verbleibende Restbereich der Füllung 160 durch eine Ätzung entfernt
und die Siliziumnitrid-Linerschicht 150 auf den waagrechten
Oberflä chen
vorzugsweise durch eine trockenchemische anisotrope Ätzung entfernt.
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Nunmehr
findet gemäss 2E vorzugsweise eine trockenchemische Ätzung des
Isolationskragens 10 in Analogie zur ersten Ausführungsform statt,
wobei auch der verbleibende Rest der Siliziumoxid-Linerschicht 155 auf
der Siliziumnitrid-Linerschicht 150 entfernt wird. Ebenfalls
erfolgt dann eine Reinigung des Fensters für den vergrabenen Anschluss,
in dem der Isolationskragen 10 zuvor entfernt worden ist.
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Weiter
mit Bezug auf 2F wird
dann die verbleibende Siliziumnitrid-Linerschicht 150 gestrippt,
die Oberfläche
des Halbleitersubstrats 1 und der Füllung 20 nitridiert
und eine Divot-Abscheidung und Divot-Ätzung vorzugsweise von amorphem
oder polykristallinem Silizium durchgeführt, um den vergrabenen Kontakt
mittels eines entsprechenden Bereichs 180 zu bilden.
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Abschließend erfolgt
wie bei der ersten Ausführungsform
das Vorsehen einer vorzugsweisen Siliziumoxid-Füllung 220 im oberen
Grabenbereich, was zum in 2G gezeigten
Prozesszustand führt.
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Bei
dieser Ausführungsform
bringt der anfänglich
vorgesehene Doppel-Liner aus vorzugsweise Siliziumnitrid und Siliziumoxid
besondere Vorteile beim Entfernen der darüber liegenden Füllung. Denn dadurch
muss nach der Strukturübertragung
nicht erneut ein Liner abgeschieden werden, und die Prozessführung ist
weniger komplex.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand zweier bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art
und Weise modifizierbar.
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Insbesondere
ist die Auswahl der Füll-
und Schichtmaterialien nur beispielhaft und kann in vielerlei Art
variiert werden.