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Dokumentenidentifikation DE19715730A1 12.03.1998
Titel Halbleiterbauelement und Verfahren zu seiner Herstellung
Anmelder Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Nakao, Shuji, Tokio/Tokyo, JP
Vertreter Meissner, Bolte & Partner, 80538 München
DE-Anmeldedatum 15.04.1997
DE-Aktenzeichen 19715730
Offenlegungstag 12.03.1998
Veröffentlichungstag im Patentblatt 12.03.1998
IPC-Hauptklasse H01L 21/31
IPC-Nebenklasse H01L 23/522   G03F 7/09   G03F 7/20   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements wird eine Vielzahl von Zwischenschicht-Leitungsbahnen durch eine erste Fotoresistlack-Struktur gebildet, die ihrerseits durch Belichten einer Lochstruktur-Fotoschablone gebildet ist. Eine Vielzahl von Leiterzügen wird angrenzend an die Schicht der Leitungsbahnen durch eine zweite Fotoresistlack-Struktur gebildet, die ihrerseits durch Doppelbelichtung einer Leitungsstruktur-Fotoschablone und der Lochstruktur-Fotoschablone gebildet ist. Jeder Leiterzug ist auf wenigstens einer der Leitungsbahnen positioniert. Alternativ ist jede Leitungsbahn zwischen den Leiterzügen positioniert.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft ein Belichtungsverfahren der Fotolithografie zur Bildung einer Mikrostruktur in einem Halbleiterbauelement wie etwa einem integrierten Halbleiterschaltkreis, und ferner ein Halbleiterbauelement und ein Verfahren zu seiner Herstellung unter Anwendung dieses Belichtungsverfahrens.

Zum Herstellen einer Struktur eines integrierten Halbleiterschaltkreises ist die Verbesserung der Überlappungsgenauigkeit zwischen Masken- bzw. Fotoschablonenschichten wichtig. Die Überlappungsgenauigkeit der Fotoschablonenschichten wird von vielen Faktoren bestimmt, u. a. von der Markierungserfassungs-Genauigkeit im Waferstepper, von der Verformung des Wafers aufgrund der Behandlung im Prozeß sowie von der Feldverzerrung des Wafersteppers. Eine Verformung der Fotoschablone, die als die Originalplatte dient, ist einer der wichtigsten der oben genannten Faktoren. Das derzeitige Fotoschablonen-Herstellungsverfahren hat eine Genauigkeit der Schablonenstrukturposition von ungefähr ± 0,07 mm. Daher können Strukturen von zwei Schablonen, die ursprünglich an derselben Position liegen sollten, mit einer Trennung von ungefähr 0,03 mm voneinander auf einem Wafer erzeugt werden, auf den die Projizierung mit einem Verkleinerungsfaktor von bis zu 1/5 erfolgt. Die Netto-Überlappungsgenauigkeit von Schablonenstrukturen ist bisher ungefähr ± 0,06 mm, was einem Bereich von 0,12 mm entspricht. Daher nimmt die Positions-Unsicherheit der Fotoschablone ungefähr 1/4 des Bereichs in Anspruch.

Dieses Problem ist bisher durch eine verbesserte Präzision bei der Herstellung der Fotoschablonen gemildert worden. Da jedoch die Technik der Positionssteuerung bei der Herstellung der Fotoschablone bereits sehr präzise ist, ist zu erwarten, daß eine weitere Verbesserung schwierig ist. Die Erfindung soll die Überlappungsgenauigkeit zwischen einer Vielzahl von Schichten von Fotoschablonen bei der oben angesprochenen Bildung einer Struktur eines integrierten Halbleiterschaltkreises verbessern.

Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung eines verbesserten Projektionsbelichtungsverfahrens zum automatischen Eliminieren des Einflusses eines Fotoschablonenfehlers auf die Überlappungsgenauigkeit bei der Herstellung der Fotoschablone sowie die Bereitstellung eines Halbleiterbauelements und eines Herstellungsverfahrens dafür unter Anwendung dieses Belichtungsverfahrens.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird bei einem Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterbauelements auf einem Halbleitersubstrat eine erste Schicht (beispielsweise eine Leiterbahnschicht als Zwischenschicht) durch eine erste Fotoresistlack-Struktur erzeugt, die ihrerseits durch Belichten einer ersten Fotoschablone (beispielsweise einer Lochstruktur-Fotoschablone) gebildet ist. Außerdem wird angrenzend an die erste Schicht eine zweite Schicht (beispielsweise eine parallele Anschlußleitungsschicht) durch eine zweite Fotoresistlack-Struktur erzeugt, die ihrerseits durch Doppelbelichtung einer zweiten Fotoschablone (beispielsweise einer Parallel-Anschlußleitungs-Fotoschablone) und der ersten Fotoschablone gebildet ist.

Bei einem anderen Aspekt der Erfindung dient bei dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements die erste Fotoschablone der Bildung einer Struktur aus einer Vielzahl von Löchern senkrecht zu einer Haupt ebene des Halbleitersubstrats, und die zweite Fotoschablone dient der Bildung einer Struktur aus einer Vielzahl von Leitungen parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats.

Bei einem anderen Aspekt der Erfindung besteht bei dem Verfahren zum Herstellen einem Halbleiterbauelements die erste Schicht aus einer Vielzahl von Zwischenschicht-Leiterbahnen senkrecht zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats, und die zweite Schicht besteht aus einer Vielzahl von Leiterzügen parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats.

Bei einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements die Vielzahl von Zwischenschicht-Leiterbahnen, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats senkrecht sind, zuerst durch eine erste Fotoschablone gebildet, und dann wird mittels einer zweiten Fotoschablone und der ersten Fotoschablone die Vielzahl von Leiterzügen parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats gebildet, und außerdem wird jeder Leiterzug auf wenigstens einer der Leiterbahnen positioniert.

Bei einem anderen Aspekt der Erfindung wird bei dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements die Vielzahl von Leiterzügen parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats zuerst durch die zweite Fotoschablone und die erste Fotoschablone geformt, und dann wird die Vielzahl von Zwischenschicht-Leiterbahnen senkrecht zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats durch die zweite Fotoschablone gebildet, und ferner wird jede Leiterbahn zwischen den Leiterzügen positioniert.

Bei einem anderen Aspekt der Erfindung weist bei dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements die erste Fotoschablone wenigstens zwei Levenson-Phasenschiebemasken auf, und die zweite Fotoschablone weist wenigstens eine Levenson-Phasenschiebemaske auf.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1(A) und 1(B) schematische Darstellungen, die ein Anschlußleitungsschicht-Belichtungsverfahren einer Ausführungsform 1 zeigen;

Fig. 2(A) und 2(B) schematische Darstellungen, die ein Verfahren einer Ausführungsform 2 zum Belichten einer Anschlußleitungsschicht zeigen; und

Fig. 3(A) und 3(B) schematische Darstellungen, die das Anschlußleitungsschicht-Belichtungsverfahren einer Ausführungsform 3 zeigen.

Die Erfindung ergibt sich aus der nachstehenden Beschreibung ihrer bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. In den Zeichnungen sind identische oder entsprechende Elemente durchweg mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Ausführungsform 1

Die erste Ausführungsform wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Dabei sind die Fig. 1(A) und 1(B) schematische Darstellungen, die eine erste Ausführungsform des Schlußleitungsschicht-Belichtungsverfahrens zeigen. Die Struktur dieser Anschlußleitungsschicht wird so gebildet, daß ein an der oberen Schicht ausgebildetes Loch die Anschlußleitungsschicht durchdringt, ohne eine Anschlußleitung zu berühren.

Nachstehend wird zuerst die Ausbildung der Anschlußleitungsschicht beschrieben.

In Fig. 1(A) weist eine Erstbelichtungs-Fotoschablone 10 eine Struktur 11 aus parallelen Anschlußleitungszügen aus Chrom (Cr) und eine Struktur 12 von Zwischenräumen zwischen den Anschlußleitungszügen auf. Bei der Belichtung wird eine Fotoschablone aus Chrom (Cr) oder dergleichen verwendet.

Eine positive Fotoresistlackschicht, die vorher gebildet wurde, um eine Anschlußleitungsschicht-Struktur zu bilden, wird zuerst mittels der Fotoschablone 10 belichtet, die parallele Anschlußleitungs-Strukturen hat und als Erstbelichtungs-Fotoschablone dient. Die positive Fotoresistlackschicht wird mit einem Belichtungswert belichtet, bei dem die Breite der Zwischenraumstruktur 12, die von keinem Loch durchdrungen wird, eine vorbestimmte Breite erreicht.

Gemäß Fig. 1(A) weist eine Zweitbelichtungs-Fotoschablone 20 eine Lochstruktur 21 auf und wird dann zur Bildung von Löchern zwischen den Anschlußleitungszügen, die durch die Anschlußleitungsstruktur-Fotoschablone 10 gebildet wurden, verwendet. Die Fotoschablone 20 für die Lochstruktur weist Löcher 21a und 21b auf, die ungewollt von ihren vorgegebenen Positionen abweichen, wie die jeweiligen Strichlinien zeigen. Als die Zweitbelichtungs-Fotoschablone 20 wird eine chrom(Cr)-Fotoschablone oder eine Halbton-Fotoschablone verwendet.

Anschließend an die Belichtung mittels der Erstbelichtungs-Fotoschablone 10 wird die Fotoschablone 20, die zur Bildung eines Lochs in dem anschließenden Lochbildungsschritt dient, zum Belichten einer positiven Fotoresistlackschicht als Zweitbelichtungs-Fotoschablone verwendet. Die Belichtung erfolgt bei einem Belichtungswert, bei dem die Fläche zwischen Anschlußleitungszügen, durch die ein Loch hindurchtritt, eine geforderte Abmessung erreicht. Im Fall der ersten Ausführungsform wird also die positive Fotoresistlackschicht zweifach belichtet, und zwar mittels der Anschlußleitungsschicht-Fotoschablone 10 und der Lochschicht-Fotoschablone 20.

Dann wird, wie in Fig. 1(A) zu sehen ist, eine positive Fotoresistlack-Struktur 30 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht durch Kombinieren der Erst- und der Zweitbelichtung erhalten. Die positive Fotoresistlack-Struktur 30 umfaßt Anschlußleitungs-Strukturen 31, eine Zwischenraumstruktur oder Anschlußleitung-Zwischenstruktur 32 und einen erweiterten Bereich 33 eines Zwischenraums, der von einem Loch durchdrungen ist. Erweiterte Zwischenraumbereiche 33a und 33b sind an Positionen gebildet, die von Design-Positionen abweichen, die durch Strichlinien angedeutet sind. Durch die Doppelbelichtung mittels der Erstbelichtungs-Fotoschablone 10 und der Zweitbelichtungs-Fotoschablone 20 wird also die Position eines erweiterten Bereichs zwischen Anschlußleitungszugen nicht durch das Design bestimmt, sondern durch die Lochstruktur einer Fotoschablone mit derselben Struktur, die zur Bildung der Löcher verwendet wird, so daß die Position des erweiterten Bereichs präzise der Position entspricht, durch die das Loch hindurchgeht.

Als nächstes folgt eine Beschreibung eines Loch- bzw. Öffnungsbildungsschritts zwischen Anschlußleitungszügen einer Anschlußleitungsschicht, die durch die Fotoresistlack-Struktur 30 gebildet ist, um Verbindungsbahnen von einer oberen Schicht zu einer unteren Schicht auszubilden.

Fig. 1(B) dient der Erläuterung der Bildung einer Lochschicht. In Fig. 1(B) weist eine Fotoschablone 20 zum Bilden von Löchern Lochstrukturen 21 auf. Lochstrukturen 21a und 21b weichen ungewollt von durch das Design bestimmten Positionen ab, die in Strichlinien dargestellt sind. Die Fotoschablone 20 ist mit der Zweitbelichtungs-Fotoschablone 20 in Fig. 1(A) identisch, die zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht verwendet wird. Eine positive Fotoresistlackschicht zum Bilden eines Lochs wird mittels der Fotoschablone 20 nach dem verkleinernden Projektionsbelichtungsverfahren belichtet.

Wie Fig. 1(B) zeigt, wird eine positive Fotoresistlack-Struktur 40, die Lochstrukturen 41 zur Bildung von Löchern aufweist, durch die Lochstruktur-Fotoschablone 20 erzeugt. Lochstrukturen 41a und 41b weichen von ihren Layout-Positionen ab, die in Strichlinien gezeigt sind.

Ein tatsächlicher Fertigungsprozeß für ein Halbleiterbauelement wird nachstehend beschrieben. Zuerst wird auf einer Isolationsschicht auf einem Halbleitersubstrat eine leitende Schicht wie etwa eine Polysiliziumschicht oder Aluminiumschicht erzeugt, um eine Anschlußleitungsschicht zu bilden. Dann wird auf die leitende Schicht eine Fotoresistlackschicht aufgebracht, um die Fotoresistlack-Struktur 30 zu bilden, um leitfähige Anschlußleitungen auszubilden. Dann wird die leitende Schicht geätzt, um eine Anschlußleitungsschicht zu bilden, indem die Fotoresistlack-Struktur 30 als Schablone verwendet wird. Danach wird auf der so gebildeten Anschlußleitungsschicht die nächste Fotoresistlackschicht gebildet. Dann wird auf der Fotoresistlackschicht die Fotoresistlack-Struktur 40 zum Bilden eines Durchgangslochs zwischen Anschlußleitungsschichten gebildet. Dann werden durch Ätzen unter Nutzung der Fotoresistlack-Lochstruktur 40 Durchgangslöcher (Durchtrittslochbereiche) gebildet. Danach werden die Löcher mit leitfähigem Material wie etwa Aluminium ausgefüllt, um leitende Bahnen zu bilden, die die obere und die untere Schicht miteinander verbinden.

Das obige Belichtungsverfahren zum Bilden einer Struktur verwendet ein Belichtungslicht wie etwa die G-Linie (436 nm) oder I-Linie (365 nm) einer Quecksilberlampe, einen KrF-Excimerlaserstrahl (248 nm) oder einen ArF-Excimerlaserstrahl (192 nm), um eine Struktur nach dem verkleinernden Projektionsbelichtungsverfahren zu belichten.

Für den oben beschriebenen Fertigungsprozeß für ein Halbleiterbauelement folgt nachstehend eine vergleichende Analyse der Fotoresistlack-Struktur 30 zum Bilden einer Anschlußleitungsschicht, die in Fig. 1(A) gezeigt ist, und der Fotoresistlack-Struktur 40 zum Bilden einer Lochstruktur, die in Fig. 1(B) gezeigt ist. Im Fall der Fotoschablone 20 zum Formen von Löchern sind nicht sämtliche Lochstrukturen 21 korrekt an ihren durch das Design bestimmten Positionen gebildet; einige Lochstrukturen wie etwa die Lochstrukturen 21a und 21b weichen ungewollt von ihren Design-Positionen ab. Auch bei der lochbildenden Fotoresistlack-Struktur 40, die durch die Fotoschablone 20 gebildet ist, weichen daher einige Lochstrukturen wie etwa die Lochstrukturen 41a und 41b von ihren Design-Positionen ab. Infolge der Durchführung einer Doppelbelichtung durch die Anschlußleitungs-Fotoschablone 10 und die lochbildende Fotoschablone 20 zur Bildung einer Anschlußleitungs-Struktur, wie das bei der ersten Ausführungsform durchgeführt wird, werden die erweiterten Bereiche zwischen Anschlußleitungen in der Anschlußleitungs-Struktur 30 dort, wo die Durchgangslöcher jeweils hindurchtreten, infolge der Doppelbelichtung ebenfalls an abweichenden Positionen gebildet. Dadurch kann ein Loch eine Anschlußleitungsschicht durchdringen, ohne eine Anschlußleitung zu berühren. Wenn jedoch jeder erweiterte Bereich 33 zwischen Anschlußleitungen der Anschlußleitungs-Struktur 30 an der durch das Design bestimmten Position liegt, kann ein Durchgangsloch eine Anschlußleitung berühren, wenn eine Lochstruktur 21 abweichende Strukturen wie etwa die Strukturen 21a und 21b aufweist. Durch Modifizieren der Anschlußleitungs-Struktur unter Verwendung der exakt gleichen Loch-Fotoschablone 20, die für den anschließenden Lochbildungsschritt zu verwenden ist, und dementsprechendes Bilden einer Ahschlußleitungs-Struktur wie bei der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, eine Anschlußleitungs-Struktur zu bilden, die mit erweiterten Bereichen zwischen Anschlußleitungen versehen ist, so daß sie exakt mit jeder der Lochpositionen übereinstimmt, die in dem anschließenden Schritt zu bilden sind.

Indem die Belichtungen auf die obige Weise durchgeführt werden, wird jeder Überlappungsfehler zwischen einer Anschlußleitungsschicht und einer Lochschicht eliminiert, und dieser Überlappungsfehler wurde durch einen Fehler in der Positionsgenauigkeit einer Struktur auf einer Fotoschablone hervorgerufen. Dadurch kann die Überlappungstoleranz, die für ein Layout-Design erforderlich ist, verringert werden. Indem also dieses Belichtungsverfahren angewandt wird, ist es möglich, mehr Strukturen auf derselben Fläche anzuordnen, so daß eine höhere Integrationsdichte realisiert werden kann.

Diese Ausführungsform kann wie folgt zusammengefaßt werden. Bei dieser Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens eines Halbleiterbauelements wird zuerst eine Fotoresistlack-Leitungsstruktur (eine zweite Fotoresistlack-Struktur) 30 durch Doppelbelichtung einer Leitungsstruktur-Fotoschablone (einer zweiten Fotoschablone) 10 und einer Lochstruktur-Fotoschablone (einer ersten Fotoschablone) 20 gebildet, und eine Leitungsschicht (eine zweite Schicht) wird durch die Fotoresistlack-Leitungsstruktur (die zweite Fotoresistlack-Struktur) 30 hindurch gebildet.

Dann wird eine Fotoresistlack-Lochstruktur (eine erste Fotoresistlack-Struktur) 40 durch Belichtung der Lochstruktur-Fotoschablone (einer ersten Fotoschablone) 20 gebildet, und angrenzend an die Leitungsschicht (die zweite Schicht) wird eine Loch-Anschlußleitungsschicht (eine erste Schicht) durch eine Fotoresistlack-Lochstruktur (eine erste Fotoresistlack-Struktur) 40 hindurch gebildet.

Ferner wird die Lochstruktur-Fotoschablone (die erste Schablone) 20 verwendet, um eine Struktur aus einer Vielzahl von Löchern senkrecht zu einer Hauptebene eines Halbleitersubstrats zu bilden, und die Leitungsstruktur-Fotoschablone (die zweite Fotoschablone) 30 wird verwendet, um eine Struktur aus einer Vielzahl von Leitungen parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats zu bilden.

Ferner besteht die Loch-Anschlußleitungsschicht (die erste Schicht) aus einer Vielzahl von Zwischenschicht-Leiterbahnen senkrecht zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats, und die Leitungsschicht (die zweite Schicht) besteht aus einer Vielzahl von Leitungen bzw. Leiterzügen parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats. Außerdem ist jede Leiterbahn zwischen den Leiterzügen positioniert.

Ausführungsform 2

Die Ausführungsform 2 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 2(A) und 2(B) beschrieben, die schematische Darstellungen sind und ein Verfahren zum Belichten einer Anschlußleitungsschicht der Ausführungsform 2 zeigen. Bei dieser Ausführungsform wird eine Anschlußleitungsschichtstruktur gebildet, die die Überlappungsgenauigkeit über den Löchern verbessert, die in einer unteren Schicht ausgebildet sind.

Zuerst wird ein Schritt des Ausbildens von Löchern oder Öffnungen beschrieben, die die Schichten durchdringen, um Verbindungsbahnen zu bilden.

Fig. 2(A) erläutert die Bildung einer Lochschicht. In Fig. 2(A) weist eine Fotoschablone 110 zum Bilden einer Lochschicht eine Lochstruktur 111 auf. In der Lochbildungs-Fotoschablone 110 sind Löcher 111a und 111b ausgebildet, deren Positionen ungewollt von ihren Design-Positionen, die jeweils durch Strichlinien dargestellt sind, abweichen. Eine positive Fotoresistschicht zum Bilden von Löchern wird mittels der Belichtungs-Fotoschablone 110 durch ein verkleinerndes Projektionsbelichtungsverfahren gebildet. Die Belichtungs-Fotoschablone kann aus einer Chrom(Cr)-Schablone oder einer Halbtonschablone bestehen.

Wie Fig. 2(A) zeigt, wird eine positive Fotoresistlack-Struktur 120 durch die Fotoschablone 110 gebildet und hat eine Lochstruktur 121 zum Bilden von Löchern. Die Lochstrukturen 121a und 121b weichen von ihren vorgegebenen Positionen, die jeweils in Strichlinien gezeigt sind, ab.

Als nächstes wird ein Schritt der Bildung einer Anschlußleitungsschicht, die durch die so gebildeten Lochstrukturen zu verbinden ist, an der Oberseite der Lochschicht beschrieben.

In Fig. 2(B) umfaßt eine Erstbelichtungs-Fotoschablone 130 zum Bilden einer Anschlußleitungsschicht eine Anschlußleitungs-Struktur 131 aus parallelen Linien und eine Struktur 132 von offenen Flächen. Die Erstbelichtungs- Fotoschablone kann eine Chrom(Cr)-Schablone oder dergleichen sein.

Zum Bilden einer Anschlußleitungsschicht-Struktur wird eine vorher gebildete negative Fotoresistlackschicht zuerst mit der Fotoschablone 130, die eine parallele Anschlußleitungs-Struktur hat, belichtet. Die Belichtung erfolgt mit einem Belichtungswert, bei dem die Anschlußleitungs-Struktur mit den verlangten Abmessungen gebildet wird, wobei jede Anschlußleitung über wenigstens einem Loch liegt.

Als nächstes wird gemäß Fig. 2(B) eine Zweitbelichtungs-Fotoschablone 110 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht, die eine Lochstruktur 111 aufweist und mit der im vorhergehenden Schritt verwendeten Fotoschablone 110 identisch ist, verwendet, um Löcher in der unteren Anschlußleitungsschicht zu bilden. In der Fotoschablone 110 mit Lochstruktur weichen Löcher 111a und 111b ungewollt von ihren vorgegebenen Positionen, die durch die jeweiligen Strichlinien dargestellt sind, ab. Die Zweitbelichtungs-Fotoschablone 110 kann eine Chrom(Cr)-Fotoschablone oder eine Halbton-Fotoschablone sein.

Nach dem Belichten durch die Erstbelichtungs-Fotoschablone 130 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht wird eine weitere Belichtung unter Verwendung der Zweitbelichtungs-Fotoschablone 110 durchgeführt, die bei dem vorhergehenden Lochbildungsschritt verwendet wurde. Diese Belichtung erfolgt bei einem Belichtungswert, bei dem die Anschlußleitungs-Struktur mit den geforderten Abmessungen an einer solchen Position gebildet wird, daß sie durch die Löcher verbindbar ist, so daß die erweiterten Bereiche der Anschlußleitungen unmittelbar über den Löchern liegen. Wie oben beschrieben wird, wird bei der Ausführungsform 2 eine Doppelbelichtung auf eine negative Fotoresistlackschicht unter Verwendung der Anschlußleitungsschicht-Fotoschablone 130 und der Lochschicht-Fotoschablone 110 aufgebracht.

Gemäß Fig. 2(B) wird eine negative Fotoresistlack-Struktur 140 erhalten, indem die Erst- und die Zweitbelichtung kombiniert werden. Die negative Fotoresistlack-Struktur 140 umfaßt eine Anschlußleitungs-Struktur 141, eine Zwischen- Anschlußleitungs-Struktur 142 und erweiterte Bereiche 143 der Anschlußleitungen zum jeweiligen Verbinden mit den Löchern. Erweiterte Bereiche 143a und 143b der Anschlußleitungen weichen entsprechend den Löchern 121a und 121b, die an abweichenden Positionen in der Fotoresistschicht-Lochstruktur 120 gebildet sind, ebenfalls ab. Somit ist jeder erweiterte Bereich der Anschlußleitungen durch eine tatsächlich bestimmte Loch-Fotoschablone 110 und nicht nur durch das Design bestimmt, und zwar aufgrund der Doppelbelichtung mit der Erstbelichtungs-Fotoschablone 130 und der Zweitbelichtungs-Fotoschablone 110. Infolgedessen entspricht jeder erweiterte Bereich der Anschlußleitungen exakt der Position unmittelbar über den Löchern.

Nachstehend wird ein tatsächlicher Ablauf zur Fertigung eines Halbleiterbauelements beschrieben. Eine Zwischenschicht-Isolationsschicht wie etwa eine Siliziumoxidschicht wird auf einer Leiterschicht oder einem Halbleitersubstrat ausgebildet, und dann wird auf der Zwischenschicht-Isolationsschicht eine Fotoresistlackschicht ausgebildet. Zur Bildung von Bahnen, die die Zwischenschicht-Isolationsschicht durchdringen, wird auf der Fotoresistlackschicht eine Lochstruktur 120 gebildet. Danach werden in der Zwischenschicht-Isolationsschicht unter Verwendung der Fotoresistlack-Struktur 120 Löcher oder Durchtrittsöffnungen gebildet.

Dann wird eine Leiterschicht wie etwa eine Polysiliziumschicht oder eine Aluminiumschicht aufgebracht, um eine Anschlußleitungsschicht auf der Isolationsschicht und in den in der Isolationsschicht gebildeten Löchern herzustellen. Dann wird auf die Leiterschicht eine Fotoresistlackschicht aufgebracht, um eine negative Fotoresistlack-Struktur 140 für eine Anschlußleitungs-Struktur zu bilden. Dann wird die Leiterschicht durch die Fotoresistlack-Struktur 140 hindurch als Schablone zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht geätzt, und die Verbindung zwischen Schichten wird durch die Leiterbahn in den Löchern erreicht.

Das oben beschriebene verkleinernde Projektionsbelichtungsverfahren zur Bildung einer Struktur arbeitet mit einer Belichtungsquelle wie etwa der G-Linie (436 nm) oder I-Linie (365 nm) einer Quecksilberlampe oder einem KrF-Excimerlaserstrahl (248 nm) oder einem ArF-Excimerlaserstrahl (193 nm).

Es folgt nun in bezug auf den vorstehenden Herstellungsablauf eines Halbleiterbauelements eine vergleichende Analyse zwischen der Fotoresistlack-Struktur 120 zur Bildung einer Lochstruktur gemäß Fig. 2(A) und der Fotoresistlack-Struktur 140 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht gemäß Fig. 2(B). In der Fotoschablone 120 zum Ausbilden von Löchern sind nicht sämtliche Lochstrukturen 121 richtig an den vorgegebenen Positionen geformt, sondern Lochstrukturen 121a und 121b weichen ungewollt von ihren vorgegebenen Positionen ab. Erweiterte Bereiche 141a und 141b der Anschlußleitungs-Struktur 140 weichen an der Lochposition ebenfalls entsprechend den Lochstrukturen 121a und 121b ab. Daher sind die Löcher positioniert, ohne von den erweiterten Bereichen der Anschlußleitung abzuweichen. Wenn jeder erweiterte Bereich der Anschlußleitung in einer Anschlußleitungs-Struktur an der vorgegebenen Position liegt, kann ein Loch von der Anschlußleitung abweichen, wenn die Lochstruktur 121 abweicht. Bei der Ausführungsform 2 jedoch wird unter Anwendung der Loch-Fotoschablone 110, die im vorhergehenden Schritt verwendet wird, eine Anschlußleitungs-Struktur gebildet, die erweiterte Bereiche in der Anschlußleitungs-Struktur hat, die korrekt den im vorhergehenden Schritt ausgebildeten Lochpositionen entsprechen.

Somit wird eine Anschlußleitungsschicht gebildet durch Verwendung eines negativen Fotoresistlacks und durch Doppelbelichtung mittels einer Anschlußleitungsschicht-Fotoschablone und einer Loch-Fotoschablone. Dadurch wird eine Verbesserung der Überlappungsgenauigkeit der oberen Anschlußleitungsschicht mit der unteren Lochschicht, die mittels eines positiven Fotoresistlacks gebildet ist, erzielt.

Da bei der vorliegenden Ausführungsform die Anschlußleitungsschicht durch einen negativen Fotoresistlack gebildet ist, hat die Anschlußleitungs-Struktur in den Bereichen eine größere Breite, die mittels einer Loch-Fotoschablone für einen positiven Fotoresistlack belichtet sind. Dadurch wird ein Überlappungsfehler infolge eines gegenseitigen Positionsfehlers zwischen den Fotoschablonen ähnlich wie im Fall der Ausführungsform 1 automatisch korrigiert.

Bei Durchführung der oben beschriebenen Belichtung wird ein Überlappungsfehler zwischen einer Lochschicht und einer Anschlußleitungsschicht, der auf eine Positionsabweichung einer Struktur auf einer Fotoschablone zurückgeht, tatsächlich beseitigt. Es ist somit möglich, die in dem Design erforderliche Überlappungstoleranz um diesen Wert zu verringern. Durch Anwendung des obigen Belichtungsverfahrens ist es also möglich, mehr Strukturen auf derselben Fläche anzuordnen, und es wird eine höhere Integrationsdichte realisiert.

Diese Ausführungsform kann wie folgt zusammengefaßt werden. Bei diesem Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement wird zuerst eine Fotoresistlack-Lochstruktur (eine erste Fotoresistlack-Struktur) 120 durch Belichten einer Lochstruktur-Fotoschablone (einer ersten Fotoschablone) 110 gebildet, und eine Loch-Anschlußleitungsschicht (eine erste Schicht) wird durch eine Fotoresistlack-Lochstruktur (eine erste Fotoresistlack-Struktur) 120 gebildet.

Dann wird eine Fotoresistlack-Leitungsstruktur (eine zweite Fotoresistlack-Struktur) 140 durch Doppelbelichtung einer Leitungsstruktur-Fotoschablone (einer zweiten Fotoschablone) 130 und der Lochstruktur-Fotoschablone (der ersten Fotoschablone) 110 gebildet, und angrenzend an die Loch-Anschlußleitungsschicht (die erste Schicht) wird eine Leitungs- bzw. Leiterzugschicht (eine zweite Schicht) durch die Fotoresistlack-Leitungsstruktur (die zweite Fotoresistlack-Struktur) 140 gebildet.

Ferner wird die Lochstruktur-Fotoschablone (die erste Schablone) 120 zur Bildung einer Struktur aus einer Vielzahl von Löchern verwendet, die zu einer Hauptebene eines Halbleitersubstrats senkrecht sind, und die Leitungsstruktur-Fotoschablone (die zweite Fotoschablone) 140 wird zur Bildung einer Struktur aus einer Vielzahl von Leiterzügen verwendet, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats parallel sind.

Ferner besteht die Loch-Anschlußleitungsschicht (die erste Schicht) aus einer Vielzahl von Zwischenschicht-Leitungsbahnen senkrecht zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats, und die Leitungsschicht (die zweite Schicht) besteht aus einer Vielzahl von Leiterzügen, die parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats sind. Jeder Leiterzug ist auf wenigstens einer der Leitungsbahnen positioniert.

Ausführungsform 3

Die Ausführungsform 3 wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 3(A) und 3(B) beschrieben, die schematisch das Anschlußleitungsschicht-Belichtungsverfahren dieser Ausführungsform zeigen. Dabei wird eine untere Lochschicht mit einem negativen Fotoresistlack durch ein Set von Levenson-Phasenschiebemasken gebildet, und eine obere Anschlußleitungsschicht wird mit einem positiven Fotoresistlack durch ein Set von Levenson-Phasenschiebemasken gebildet. Dadurch wird die Überlappungsgenauigkeit der oberen Anschlußleitungsschicht in bezug auf die untere Lochschicht verbessert.

Nachstehend wird zuerst ein Schritt zur Bildung eines Lochs oder einer Durchgangsöffnung zum Herstellen eines Leitungswegs zum Verbinden von oberen und unteren Schichten beschrieben.

Fig. 3(A) dient der Erläuterung der Bildung einer Lochschicht. In Fig. 3(A) ist eine Erstbelichtungs-Fotoschablone 210 eine Levenson-Phasenschiebemaske zum Ausbilden von Löchern, die Chrom(Cr)-Öffnungen 211 ohne Phasenverschiebungsfunktion und Öffnungen 212 mit Phasenverschiebungsfunktion aufweist.

Ferner ist in Fig. 3(A) eine Zweitbelichtungs-Fotoschablone 220 eine Levenson-Phasenschiebemaske zur Bildung von Löchern, die Chrom(Cr)-Öffnungen 221 ohne Phasenverschiebungsfunktion und Öffnungen 222 mit Phasenverschiebungsfunktion aufweist. Eine negative Fotoresistlackschicht zur Bildung einer Lochschicht wird durch das verkleinernde Projektionsbelichtungsverfahren doppelbelichtet, und zwar unter Verwendung der Erstbelichtungs-Fotoschablone 210 und der Zweitbelichtungs-Fotoschablone 220.

Wie Fig. 3(A) zeigt, wird eine negative Fotoresistlack-Struktur 230, die Lochstrukturen 231 zur Bildung von Löchern aufweist, durch Doppelbelichtung der Erst- und der Zweit-Phasenschiebemaske 210 und 220 vom Levenson-Typ gebildet.

Nachstehend wird ein Schritt zum Ausbilden einer oberen Anschlußleitungsschicht beschrieben, die mit einer durch die Fotoresistlack-Struktur 230 gebildeten unteren Lochschicht zu verbinden ist.

In Fig. 3(B) ist eine Erstbelichtungs-Fotoschablone 230 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht eine Levenson-Phasenschiebemaske, die Chrom(Cr)-Öffnungen 241 ohne Phasenverschiebungsfunktion und Öffnungen 242 mit Phasenverschiebungsfunktion aufweist.

Eine vorher gebildete positive Fotoresistlackschicht zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht-Struktur wird durch die Erstbelichtungs-Fotoschablone 240, die eine parallele Anschlußleitungs-Struktur hat, unterbelichtet.

Dann ist in Fig. 3(B) eine Zweitbelichtungs-Fotoschablone 210 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht eine Levenson-Phasenschiebemaske, die Chrom(Cr)-Öffnungen 211 ohne Phasenverschiebungsfunktion und Öffnungen 212 mit Phasenverschiebungsfunktion aufweist. Die Fotoschablone 210 ist mit der Erstbelichtungs-Fotoschablone 210 identisch, die zur Bildung von Löchern in der unteren Lochschicht verwendet wird. Ferner ist eine Drittbelichtungs-Fotoschablone 220 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht eine Levenson-Phasenschiebemaske, die Chrom(Cr)-Öffnungen 221 ohne Phasenverschiebungsfunktion und Öffnungen 222 mit Phasenverschiebungsfunktion aufweist. Die Fotoschablone 220 ist mit der Zweitbelichtungs-Fotoschablone 220 identisch, die zur Bildung von Löchern in der unteren Lochschicht verwendet wird.

Nach Belichtung durch die Erstbelichtungs-Fotoschablone 240 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht werden die Zweit- und die Drittbelichtung durchgeführt unter Verwendung derselben Belichtungs-Fotoschablonen wie der Erst- und der Zweitbelichtungs-Fotoschablonen 210 und 220, die in dem vorhergehenden Lochbildungsschritt verwendet werden. Diese Belichtungen erfolgen mit einem Belichtungswert, bei dem die Anschlußleitungs-Struktur eine geforderte Abmessung der Flächen über den Lochstellen erhält. Bei der Ausführungsform 3 wird also auf eine positive Fotoresistlackschicht eine Dreifachbelichtung durch die Anschlußleitungsschicht-Fotoschablone 240 und die Lochschicht-Fotoschablonen 210 und 220in dieser Reihenfolge aufgebracht, um eine Anschlußleitungs-Fotoresistschicht zu bilden.

Wie Fig. 3(B) zeigt, wird unter Durchführung der Dreifachbelichtung eine positive Fotoresistlack-Struktur 270 erhalten. Diese umfaßt eine Anschlußleitungs-Struktur 271, eine Zwischenanschlußleitungs-Struktur 272 und erweiterte Bereiche 273 der Anschlußleitungs-Struktur zur Verbindung mit Löchern.

Durch die Dreifachbelichtung mittels der Erstbelichtungs-Fotoschablone 240 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht und der Zweit- und Drittbelichtungs-Fotoschablonen 210 und 220 zur Bildung einer Lochstruktur werden die erweiterten Bereiche der Anschlußleitungs-Struktur nicht durch das Design bestimmt, sondern durch die genau gleichen Loch-Fotoschablonen, die zur Bildung der Lochschicht tatsächlich verwendet werden, so daß die erweiterten Bereiche exakt an den Positionen unmittelbar über den Löchern liegen.

Nachstehend wird nun ein tatsächlicher Herstellungsvorgang für ein Halbleiterbauelement beschrieben. Eine Zwischenschicht-Isolationsschicht wie etwa eine Siliziumoxidschicht wird auf einer Leitungsschicht oder einem Halbleitersubstrat gebildet. Dann wird auf der Isolationsschicht eine Fotoresistlackschicht gebildet, und auf dieser wird eine Lochstruktur 230 ausgebildet, um Leitungsbahnen zu bilden, die die Zwischenschicht-Isolationsschicht durchdringen. Danach werden in der Isolationsschicht durch die Fotoresistlack-Struktur 230 Löcher oder Durchgangsöffnungen gebildet.

Dann wird auf der Isolationsschicht und in den so gebildeten Löchern in der Isolationsschicht eine Leitungsschicht wie etwa eine Polysiliziumschicht oder Aluminiumschicht zur Ausbildung einer Anschlußleitungsschicht gebildet. Dann wird auf die Leitungsschicht eine Fotoresistlackschicht aufgebracht, um eine Fotoresistlack-Struktur 270 zur Ausbildung einer Anschlußleitungsschicht zu bilden. Dann wird die Leitungsschicht unter Anwendung der Fotoresistlack-Struktur 270 als Schablone geätzt, um eine Anschlußleitungsschicht und Verbindungsbahnen durch die Löcher zu bilden.

Das obige Verfahren der verkleinernden Projektionsbelichtung zur Ausbildung von Strukturen verwendet ein Belichtungslicht wie etwa die G-Linie (436 nm) oder I-Linie (365 nm) einer Quecksilberlampe oder einen KrF-Excimerlaserstrahl (248 nm) oder einen ArF-Excimerlaserstrahl (193 nm).

In bezug auf den obigen Ablauf zur Herstellung eines Halbleiterbauelements folgt nun ein analytischer Vergleich zwischen der Fotoresistlack-Struktur 230 zur Bildung einer Lochstruktur, wie in Fig. 3(A) gezeigt ist, und der Fotoresistlack-Struktur 270 zur Bildung einer Anschlußleitungsschicht, wie in Fig. 3(B) gezeigt ist. Bei der Ausführungsform 3 wird durch Ausbilden einer Anschlußleitungs-Struktur mit den Loch-Fotoschablonen 210 und 220, die für den vorhergehenden Lochbildungsschritt verwendet werden, eine Anschlußleitungs-Struktur erhalten, die erweiterte Bereiche hat, die den Positionen der im vorhergehenden Schritt gebildeten Löcher exakt entsprechen.

Somit wird eine untere Lochschicht mit einem negativen Fotoresistlack durch das Doppelbelichtungsverfahren unter Verwendung eines Sets von Levenson-Phasenschiebemasken gebildet. Eine obere Anschlußleitungsschicht wird mit einem positiven Fotoresistlack unter Anwendung einer Levenson-Phasenschiebemaske durch Unterbelichtung sowie ferner durch Doppelbelichtung gebildet, die zusätzlich mit denselben beiden Lochschablonen durchgeführt wird, die bei der Lochbildung verwendet wurden. Das heißt also, daß die Anschlußleitungsschicht letztlich durch Dreifachbelichtung gebildet wird. Somit wird die Überlappungsgenauigkeit einer oberen Anschlußleitungsschicht, die unter Anwendung eines positiven Fotoresistlacks gebildet ist, in bezug auf die untere Lochschicht, die unter Anwendung eines negativen Fotoresistlacks gebildet ist, verbessert.

Indem die Belichtung auf die beschriebene Weise durchgeführt wird, wird jeglicher Fehler infolge einer Positionsabweichung einer Struktur auf einer Schablone aus den Gesamtüberlappungsfehlern zwischen der Loch- und der Anschlußleitungsschicht praktisch eliminiert. Daher kann die in dem Design notwendige Überlappungstoleranz um diesen Wert verringert werden. Unter Anwendung des obigen Belichtungsverfahrens ist es also möglich, mehr Strukturen auf derselben Fläche anzuordnen, und es wird eine höhere Integrationsdichte realisiert.

Die Ausführungsform kann wie folgt zusammengefaßt werden. Bei dieser Ausführungsform eines Herstellungsverfahrens für ein Halbleiterbauelement wird zuerst eine Fotoresistlack-Lochstruktur (eine erste Fotoresistlack-Struktur) 230 gebildet mittels Belichtung durch ein Set von Lochstruktur-Fotoschablonen (ersten Fotoschablonen) 210 und 220, und eine Loch-Anschlußleitungsschicht (eine erste Schicht) wird mit Hilfe einer Fotoresistlack-Lochstruktur (einer ersten Fotoresistlack-Struktur) 230 gebildet.

Dann wird eine Fotoresistlack-Leitungsstruktur (eine zweite Fotoresistlack-Struktur) 270 durch Doppelbelichtung einer Leitungsstruktur-Fotoschablone (einer zweiten Fotoschablone) 240 und des Sets von Lochstruktur-Fotoschablonen (ersten Fotoschablonen) 210 und 220 gebildet, und eine Leitungs- bzw. Leiterzugschicht (eine zweite Schicht) wird angrenzend an die Loch-Anschlußleitungsschicht (die erste Schicht) durch die Fotoresistlack-Leitungsstruktur (die zweite Fotoresistlack-Struktur) 270 gebildet.

Ferner wird ein Set von Lochstruktur-Fotoschablonen (ersten Fotoschablonen) 210 und 220 verwendet, um eine Struktur aus einer Vielzahl von Löchern zu bilden, die zu der Hauptebene eines Halbleitersubstrats senkrecht sind, und die Leitungsstruktur-Fotoschablone (zweite Fotoschablone) 240 wird verwendet, um eine Struktur aus einer Vielzahl von Leitungen bzw. Leiterzügen zu bilden, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats parallel sind.

Die Loch-Anschlußleitungsschicht (die erste Schicht) besteht dabei aus einer Vielzahl von Zwischenschicht-Leitungsbahnen senkrecht zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats, und die Leitungsschicht (die zweite Schicht) besteht aus einer Vielzahl von Leitungszügen parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats. Dabei ist außerdem jeder Leiterzug auf wenigstens einer der Leitungsbahnen positioniert.

Wie oben beschrieben wird, gibt die Erfindung ein Belichtungsverfahren an, um den Einfluß eines Fotoschablonenfehlers auf die Überlappungsgenauigkeit automatisch aufzuheben, wenn eine Fotoschablonen-Struktur durch ein Projektionsbelichtungsverfahren in einem Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement gebildet wird, und gibt ferner ein Herstellungsverfahren für ein Halbleiterbauelement unter Anwendung dieses Belichtungsverfahrens an.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements auf einem Halbleitersubstrat, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
    1. - Bilden einer ersten Schicht durch eine erste Fotoresistlack-Struktur (40; 120; 230), wobei die erste Fotoresistlack-Struktur durch Belichten einer ersten Fotoschablone (20; 110; 210, 220) gebildet ist; und
    2. - Bilden einer zweiten Schicht angrenzend an die erste Schicht durch eine zweite Fotoresistlack-Struktur (30; 140; 270), wobei die zweite Fotoresistlack-Struktur durch Doppelbelichten einer zweiten Fotoschablone (10; 130; 240) und der ersten Fotoschablone gebildet ist.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die erste Fotoschablone (20; 110; 210, 220) dem Bilden einer Struktur aus einer Vielzahl von Löchern dient, die zu einer Hauptebene des Halbleitersubstrats senkrecht sind, und
    2. - daß die zweite Fotoschablone (10; 130; 240) dem Bilden einer Struktur aus einer Vielzahl von Leitungen dient, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats parallel sind.
  3. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die erste Schicht aus einer Vielzahl von Zwischenschicht-Leitungsbahnen besteht, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats senkrecht sind, und
    2. - daß die zweite Schicht aus einer Vielzahl von Leiterzügen besteht, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats parallel sind.
  4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die Vielzahl von Zwischenschicht-Leitungsbahnen, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats senkrecht sind, durch die erste Fotoschablone (20; 110; 210, 220) gebildet wird, und
    2. - daß dann die Vielzahl von Leiterzügen, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats parallel sind, durch die zweite Fotoschablone (10; 130; 240) und die erste Fotoschablone (20; 110; 210, 220) gebildet wird, wobei außerdem jeder Leiterzug auf wenigstens einer der Leitungsbahnen positioniert wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die Vielzahl von Leiterzügen, die parallel zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats sind, durch die zweite Fotoschablone und die erste Fotoschablone (20; 110; 210, 220) gebildet wird, und
    2. - daß dann die Vielzahl von Zwischenschicht-Leitungsbahnen, die zu der Hauptebene des Halbleitersubstrats senkrecht sind, durch die zweite Fotoschablone (10; 130; 240) gebildet wird, wobei ferner jede Leitungsbahn zwischen den Leiterzügen positioniert wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß die erste Fotoschablone (210, 220) wenigstens zwei Levenson-Phasenschiebemasken aufweist und
    2. - daß die zweite Fotoschablone (240) wenigstens eine Levenson-Phasenschiebemaske aufweist.
  7. 7. Halbleiterbauelement, dadurch gekennzeichnet,
    1. - daß es nach dem Verfahren zum Herstellen eines Halbleiterbauelements gemäß den Ansprüchen 1 bis 6 hergestellt ist.






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