DE2540300C3 - Verfahren zur Herstellung eines Leitermusters auf einem Körper - Google Patents
Verfahren zur Herstellung eines Leitermusters auf einem KörperInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung eines Leitermusters auf einem Körper,
wobei auf einer Oberfläche des Körpers eine maskierende Schicht angebracht wird, die eine erste und eine
zweite maskierende Teilschicht aus unterschiedlichen Materialien enthält, und wobei bei der Bildung von
Aussparungen in Form des anzubringenden Leitermusters in der maskierenden Schicht die zweite maskierende
Teilschicht als Ätzmaske für die darunter liegende erste maskierende Teilschicht verwendet wird, wonach
auf der genannten Oberfläche und damit in den Aussparungen und auf der maskierenden Schicht eine
Schicht aus leitendem Material, die zwei leitende Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien enthält,
angebracht wird, wonach die maskierende Schicht und damit der auf der maskierenden Schicht liegende Teil
der leitenden Schicht entfernt wird und der in den Aussparungen der maskierenden Schicht liegende Teil
der leitenden Schicht als das Leitermuster auf dem Körper zurückbleibt.
Die Erfindung wird im wesentlichen anhand der Herstellung von Halbleiteranordnungen beschrieben;
sie beschränkt sich jedoch nicht darauf, sondern läßt sich auch bei der Herstellung von z. B. Leiterbahnen auf
isolierenden Substraten, von piezoelektrischen oder magnetischen Anordnungen und im allgemeinen in
denjenigen Fällen anwenden, in denen mit großer Genauigkeit komplizierte Leitermuster auf einem
Substrat angebracht werden müssen.
In der Vergangenheit wurde zum Anbringen eines Leitermusters durch Aufdampfen vielfach eine Aufdampfmaske
verwendet, die aus einer Metallfolie mit den für das Leitermuster erforderlichen Aussparungen
besteht. Derartige Metallfolien sind verletzbar, eignen sich nicht zum Aufdampfen verwickelter Leitermuster
und müssen zum Erhalten genau definierter Leiterbahnen genau und beim Aufdampfen fest gegen das mit dem
Leitermuster zu versehene Substrat gelegt werden.
so Daher werden schon längst photomechanische Techniken angewendet, bei denen mit Hilfe eines
Photoätzvorgangs aus einer ununterbrochenen leitenden Schicht ein Leitermuster gebildet wird (DE-OS
23 19 883).
Photoätzvorgänge weisen jedoch den Nachteil auf, daß Unterätzung unter einer als Ätzmaske verwendeten
Photolackschicht auftritt, was wieder auf Kosten der Genauigkeit und der anwendbaren Breite zu bildender
Leiter geht. Außerdem kann ein Ätzvorgang nicht für alle Metalle oder Kombinationen von Metallen
verwendet werden.
Die genannte Unterätzung wird bei dem eingangs erwähnten Verfahren ausgenutzt; dabei wird ein
Leitermuster gebildet, das exakt die Form der in der Maskierungsschicht angebrachten Aussparungen aufweist.
Wenn die leitende Schicht dabei durch Aufdampfen angebracht wird, ist die Maskierungsschicht wieder eine
Aufdampfmaske, die ζ. Β. auf photomechanischem Wege auf der Oberfläche der Anordnung gebildet wird,
aber die nicht die Nachteile der oben bereits beschriebenen gesonderten Aufdampfmaskenfolie aufweist.
An Leitermuster für Halbleiteranordnungen wird eine Vielzahl von Anforderungen gestellt, die meist
durch Anwendung von aus verschiedenen Teilschichten bestehenden Leitern erfüllt werden kennen.
Eine erste Teilschicht muß ζ. B. gut an der Überfläche haften und mit dieser z. B. eine ohmsche Verbindung
bilden. An folgende Teilschichten wird dann z. B. die Anforderung gestellt, daß sie gut lötbar sind, einen
niedrigen spezifischen Widerstand besitzen und praktisch keine Elekiromigration aufweisen; eine gute
Haftung an der Halbleiteroberfläche ist für diese Teilschichten nicht erforderlich.
Es hat sich in der Praxis herausgestellt, daß es sehr schwierig ist, die Zusammensetzung des Leitermusters
derart zu wählen, das alle an gute Leiterbahnen zu stellenden Anforderungen erfüllt werden.
Dies äußert sich in der Praxis z. B. darin, daß Leiterbahnen und vor allem die erste leitende
Teilschicht, insbesondere wenn diese aus Aluminium oder Titan besteht, unter dem Einfluß der unmittelbaren
Umgebung angegriffen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Leitermuster, insbesondere wenn sie aus einer mehrschichtigen
Anordnung bestehen, während ihres Herstellungsprozesses gegen schädigende Umwelteinflüsse zu schützen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die zweite leitende Teilschicht derart aufgebracht
wird, daß die gesamte freie Oberfläche der ersten leitenden Teilschicht, nämlich die obere Fläche und die
Seitenflächen des in den Aussparungen liegenden Teiles, bedeckt wird.
Der Erfindung liegt u. a. die Erkenntnis zugrunde, daß ein Angriff verhindert werden kann, wenn das
Leitermuster, wenigstens der für einen Angriff empfindliche Teil desselben, auf geeignete Weise gegen die
Umgebung abgeschirmt werden kann.
Es hat sich herausgestellt, daß sogar eine zweite leitende Teilschicht, die an sich nicht besonders günstige
Haftungseigenschaften in bezug auf die Halbleiteroberfläche aufweist, eine erste leitende Teilschicht, die für
Angriff empfindlich ist, besonders gut schützen kann. Daher wird vorzugsweise für die erste leitende
Teilschicht ein Material aus der durch Aluminium, Chrom, Titan, Molybdän, Wolfram, Kobalt, Zirkon und
Hafnium gebildeten Gruppe und für die zweite leitende Teilschicht ein Material aus der durch Ruthenium,
Rhodium, Palladium, Osmium, Rhenium, Iridium und Platin gebildeten Gruppe gewählt.
Das Verfahren nach der Erfindung kann auf besonders einfache Weise durchgeführt werden, wenn
die beiden leitenden Teilschichten bei verschiedenen Drucken angebracht werden, wobei der Druck beim
Anbringen der ersten leitenden Teilschicht geringer als der Druck beim Anbringen der zweiten leitenden
Teilschicht ist, und wobei z. B. der Druck beim Anbringen der ersten leitenden Teilschicht 1,33 · ΙΟ-4
bis 1,33 · 10-5Pa (10-6 bis 10-7Torr) und der Druck
beim Anbringen der zweiten leitenden Teilschicht 1,33 bis 13,3 Pa(IO-2 bis IO-3 Torr) beträgt. Das vollständige
Überziehen der ersten leitenden Teilschicht hängt hier mit der mittleren freien Weglänge zusammen, die bei
höherem Druck geringer als hei niedrigem Druck ist.
Statt einer Druckänderung wird bei einer Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens für den
Materialtransport zu der Oberfläche beim Anbringen der zweiten leitenden Teilschicht ein größerer maximaler
Einfallswinke! als beim Anbringen der ersten leitenden Teilschicht angewandt. Unter Einfallswinke!
ist hier der Winkel zu verstehen, den die Richtung des Materialtransports mit einer Normalen zu der zu
überziehenden Oberfläche einschließt.
Ein größerer Einfallswinkel kann z. B. dadurch erhalten werden, daß man die Vorrichtung in bezug auf
die Aufdampfquelle eine Planetenbewegung vollführen läßt, bei der oft ein homogener Überzug der Oberfläche
erhalten wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung wird als die genannte
Msskierungsschicht eine Schicht verwendet, die drei maskierende Teilschichten aus verschiedenen Materialien
enthält, wobei bei der Bildung von Aussparungen in Form des anzubringenden Leitermusters in der
Maskierungsschicht die dritte maskierende Teilschicht als Ätzmaske für die darunter liegende zweite
maskierende Teilschicht verwendet wird, und wobei die dritte maskierende Teilschicht beim Anbringen der
ersten leitenden Teilschicrn maskiert, während die zweite maskierende Teilschicht nach Entfernung der
dritten maskierenden Teilschicht beim Anbringen der zweiten leitenden Teilschicht maskiert.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform können die erste sowie die zweite leitende Teilschicht durch
senkrechtes Aufdampfen auf die Oberfläche der Anordnung angebracht werden.
Vorzugsweise wird für die erste leitende Teilschicht und die erste maskierende Teilschicht dasselbe Material
gewählt. Es ist nämlich wichtig, daß nicht nur die erste leitende Teilschicht gut an der Oberfläche der
Anordnung haftet, sondern daß dies auch mit der ersten maskierenden Teilschicht der Fall ist.
Gerade bei dem Verfahren nach der Erfindung kann für die beiden zuletzt genannten Teilschichten dieselbe
•»ο Zusammensetzung gewählt werden, weil beim Entfernen
der ersten maskierenden Teilschicht die Entfernung der ersten leitenden Teilschicht und somit des
Leitermusters verhindert werden kann weil die erste leitende Teilschicht von der zweiten leitenden Teilschicht
abgeschirmt ist.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher
beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung,
F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf eine durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellte Halbleiteranordnung,
F i g. 2 schematisch einen Querschnitt durch diese Anordnung längs der Linie H-II in Fig. 1 in einer Stufe
der Herstellung,
F i g. 3 und 4 schematisch Querschnitte durch einen Teil dieser Anordnung längs der Linie H-II in Fig. 1 in
späteren aufeinanderfolgenden Stufen der Herstellung, und
F i g. 5 einen Querschnitt durch diese Anordnung längs der Linie V-V in Fig. 1.
Das erste Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Herstellung eines planaren Hochfrequenztransistors,
von dem Fig. 1 schematisch eine Draufsicht zeigt. Dieser Transistor enthält eine Kollektorzone 11, eine
Basiszone 12 und zwei Emitterzonen 13. Weiter ist schematisch mit gestrichelten Linien ein Leitermuster
14 angegeben, das Kontaktflächen 13 und 16 zur Befestigung von Anschlußleitern für den Emitter bzw.
die Basis aufweist. Diese Kontaktflächen weisen je eine
Anzahl von Ausläufern oder Fingern 17 bzw. 18 auf, die mit den Emitterzonen 13 bzw. der Basiszone 12
verbunden sind. Unter den Basisfingern 18 erstrecken sich in dem Halbleiterkörper Kontaktzonen 19, die zu
der Basiszone 12 gehören und u.a. zur Herabsetzung des Basisreihenwu rstandes dienen.
Die Abmessungen der Emitterzonen betragen z. B. 40 μηι χ 1,5 μπι. Die Oberfläche der Basiszone ist z. B.
45 μπι χ 31,5 μπι. Die Kontaktzonen 19 haben z. B. eine
Länge von 40 μηι und eine Breite von 5 μπι. Die Breite
der Finger 17 und 18 ist etwa 2 μπι und der Abstand zwischen zwei benachbarten Fingern 17 und 18 beträgt
etwa 4μιτι. In dem Querschnitt nach Fig. 2 ist
angegeben, daß die Kollektorzone 11 aus einem niederohrnigcn Substrat Wb und einer hochohrnigen
epitaktischen Schicht 11a vom gleichen Leitfähigkeitstyp besteht.
Die Kontaktzonen erstrecken sich bis zu einer Tiefe von etwa 1 μπι unterhalb der Halbleiteroberfläche 20.
Der übrige Teil der Basiszone 12 weist eine Dicke von etwa 0,3 μΐη auf. Die Emitterzonen 13 befinden sich in
dem dünnen Teil der Basiszone 12 und weisen eine Tiefe von etwa 0.15 μπι auf.
Auf der Halbleiteroberfläche ist eine Isolierschicht 21 vorhanden, in der sich Öffnungen 22 und 23 mit
Abmessungen von etwa 40 μπι χ 1,5 μιτι zur Kontaktierung
der Basiszone bzw. der Emitterzonen befinden.
Der beschriebene Transistor wird mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt, bei dem auf der Oberfläche 20
eine Maskierungsschicht 24, 25 (siehe F i g. 3) angebracht wire die eine erste und eine zweite maskierende
Teilschicht (24 bzw. 25) aus verschiedenen Materialien. z. B. eine 1 μπι dicke Aluminiumschicht 24 und eine 0,1
bis 0.2 μηι dicke Chromschicht 25 enthält.
Bei der Bildung von Aussparungen in Forn des an zubringenden Leitermusters in der Maskierungsschicht
24, 25 wird z. B. ein Photoätzvorgang angewandt, bei dem mit Hilfe einer Photolackschich; 28 Aussparungen
in der zweiten maskierenden Teilschicht 25 gebildet werden. Dann wird die Photolackschicht 28 oder die
zweite maskierende Teiischichl 25 als Maske für die chemische Ätzung der darunter liegenden ersten
maskierenden Teilschicht 24 verwendet (siehe Fig. 4).
abhängig davon, ob die Photolackschicht 28 nach dem Ätzen der Schicht 24 oder der Schicht 25 entfernt wird.
Dann wird auf der genannten Oberfläche 20 und auf der Maskierungsschicht 24, 25 eine Schicht aus leitendem
Materia! 26, 27, 29 angebracht, die drei leitende Teilschichten 26, 27 und 29 aus verschiedenen
Materialien, z. B. eine erste 0.1 μιτι dicke Titanschicht 26,
eine zupite Rhodiumschicht 27. deren Dicke einen Wert
von 0.5 μιτι erreicht, und eine dritte 0.3 μίτι dicke
Goldschicht 29. enthält. Dies geht nach der Erfindung derart vor sich, daß die zweite leitende Teilschicht 27 die
ganze freie Oberfläche der darunter liegenden ersten leitenden Teilschicht 26 bedeckt. Die dritte leitende
Teilschicht 29 bedeckt die zweite Teilschicht 27 nur teilweise und ihre Begrenzung entspricht der der ersten
Teiischicht 26.
Anschließend wird die Maskierungsschicht 24, 25 und damit der auf der Maskierungsschicht liegende Teil der
leitenden Schicht 26, 27, 29 entfernt, wobei der in den Aussparungen der Maskierungsschicht 24, 25 liegende
Teil der leitenden Schicht 26,27,29 als das Leitermuster
14 zurückbleibt.
Fig. 5 zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung
in dieser Stufe der Herstellung.
Auf diese Weise wird u. a. erreicht, daß die erste leitende Teilschicht 26 vor Korrosion unter dem Einfluß
der unmittelbaren Umgebung geschützt werden kann. Die Halbleiteranordnung kann auf übliche Weise weiter
behandelt und z. B. fertigmontiert und mit einer Umhüllung versehen werden. Auf den Kontaktflächen
15 und 16 können Golddrähte für den Emitter und die Basis angebracht werden. Die Kollektorzone lla kann
auf der Unterseite, z. B. dadurch, daß sie auf einen
κι leitenden Boden oder Stift der Umhüllung aufgelötet
wird, kontaktiert werden.
Vorzugsweise werden die leitenden Teilschichten bei verschiedenen Drucken angebracht, wobei der Druck
beim Anbringen der ersten leitenden Teilschicht geringer als der Druck beim Anbringen der zweiten
leitenden Teilschicht ist.
Günstige Ergebnisse werden insbesondere erzielt wenn der Druck beim Anbringen der ersten leitenden
Teilschicht 1,33 · 10-" bis 1,33 · 10"5 Pa (10-" bis
10~7 Torr) und der Druck beim Anbringen der zweiten leitenden Teilschicht 1,33 bis 13,3 Pa(IO-2 bis 10-3Torr)
beträgt.
Wenn der Materialtransport beim Anbringen der ersten leitenden Teilschicht im wesentlichen in einer zu
:> der zu überziehenden Oberfläche nahezu senkrechten
Richtung erfolgt, werden die Ränder dieser Teilschicht steil sein.
Wenn die Materiaiquelle zum Anbringen der zweiten leitenden Teilschicht in bezug auf die zu überziehende
i<> Oberfläche die gleiche Lage wie die Materialquelle zum
Anbringen der ersten leitenden Teilschicht einnimmt, wird, wenn die oben genannten Drucke angewandt
werden, die zweite leitende Teilschicht schräge Ränder besitzen und die erste leitende Teilschicht einschließen.
η Die zweite leitende Teilschicht kann durch Aufdampfen
oder Zerstäuben angebracht werden.
Die zweite leitende Teilschicht kann die erste leitende Teilschicht in lateraler Richtung über einen Abstand von
z. B. 0.1 μιτι überlappen.
4« Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform
befinden sich die Materialquellen zum Anbringen der leitenden Teilschichten nicht in der gleichen Lage in
bezug auf die 7u überziehende Oberfläche, sondern für
den Materialtransport zu der Oberfläche beim Anbrin-
"5 gen der zweiten leitenden Teilschicht wird ein größerer
maximaler Einfallswinkel als beim Anbringen der ersten leitenden Teilschicht angewandt.
Dabei wird z. B. die erste leitende Teilschicht z. B. praktisch senkrecht zu der Oberfläche und die zweite
leitende Teilschicht unter einem Winkel zur Normalen auf die Oberfläche auf diese Oberfläche aufgedampft.
Dabei kann die zu überziehende Oberfläche eine Drehoder sogar eine Planetenbewegung vollführen oder es
kann eine ringförmige Aufdampfquelle verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens nach der Erfindung enthält die Maskierungsschicht
drei maskierende Teilschichten aus verschiedenen Materialien.
W) Ein Beispiel, bei dem eine derartige Maskierungsschicht Anwendung findet, kann in einem Anschluß an
das bereits beschriebene Beispie' gegeben werden.
Dabei wird die Photolackschicht 28 nach dem Ätzen der Schichten 24 oder 25 nicht entfernt sondern als
dritte maskierende Teilschicht verwendet die beim Ätzen der zweiten maskierenden Teilschicht 25 und
beim Anbringen der ersten leitenden Teilschicht 26 maskiert, während die zweite maskierende Teilschicht
25 nach Entfernung der dritten maskierenden Teilschicht 28 beim Anbringen der zweiten leitenden
Teilschicht 27 und einer etwaigen dritten leitenden Teilschicht 29 maskiert.
Bei der letzteren Ausführungsform kann ein einziger Typ eines Aufdampfvorgangs zum Anbringen der
leitenden Teilschichten verwendet werden, und zwar das Aufdampfen bei 1,33 · 10-« bis 1,33 ■ 10-5 Pa (IfJ-"
bis 10"7Torr) und ein Materialtransport praktisch
senkrecht zu der zu überziehenden Oberfläche. Die dritte maskierende Teilschicht weist ja engere öffnungen
als die zweite maskierende Teilschicht auf, die unterhalb der dritten Schicht unterätzt ist. Dadurch wird
die aufgedampfte zweite leitende Teilschicht die ganze freie Oberfläche der ersten Schicht bedecken.
Naturgemäß braucht die dritte maskierende Teilschicht nicht aus Photolack zu bestehen und für diese
Schicht kann ein anderes von den Materialien der anderen zwei maskierenden Teilschichten verschiedenes
Material gewählt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung beschränkt sich nicht auf die beschriebenen Beispiele, sondern kann im
Rahmen der Erfindung auf vielerlei Weise abgeändert werden.
So kann außer Aluminium als Material für die erste maskierende Teilschicht Kupfer, Silber. Magnesium
oder Titan und als Material für die zweite neben Chrom, z. B. Palladium, Molybdän, Wolfram, Tantal oder Nickel
verwendet werden.
Für die erste leitende Teilschicht kann außer Titan z. B. Aluminium, Chrom, Tantal, Wolfram, Molybdän,
Zirkon, Kobalt oder Hafnium und für die zweite leitende Teilschicht Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium,
Iridium, Osmium oder Rhenium verwendet werden.
Um sehr nahe beieinander liegende Leiterbahnen zu erhalten, können nebeneinander liegende Bahnen in
aufeinander folgenden Phasen angebracht werden, wobei in jeder Phase das Verfahren nach der Erfindung
angewendet wird.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Verfahren zur Herstellung eines Leitermusters auf einem Körper, wobei auf einer Oberfläche des
Körpers eine maskierte Schicht angebracht wird, die eine erste und eine zweite maskierende Teilschicht
aus unterschiedlichen Materialien enthält, und wobei bei der Bildung von Aussparungen in Form des
anzubringenden Leitermusters in der maskierenden Schicht die zweite maskierende Teilschicht als
Ätzmaske für die darunterliegende erste maskierende Teilschicht verwendet wird, wonach auf der
genannten Oberfläche und damit in den Aussparungen und auf der maskierenden Schicht eine Schicht
aus leitendem Material, die zwei leitende Teilschichten aus unterschiedlichen Materialien enthält,
angebracht wird, wonach die maskierende Schicht und damit der auf der maskierenden Schicht
liegende Teil der leitenden Schicht entfernt wird und der in den Aussparungen der maskierenden Schicht
liegende Teil der leitenden Schicht als Leitermuster auf dem Körper zurückbleibt, dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite leitende Teilschicht derart aufgebracht wird, daß die gesamte freie Oberfläche der ersten leitenden Teilschicht,
nämlich die obere Fläche und die Seitenflächen des in den Aussparungen liegenden Teiles, bedeckt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß für die erste leitende Teilschicht ein Material aus der durch Aluminium, Chrom, Titan,
Molybdän, Wolfram, Kobalt, Zirkon und Hafnium gebildeten Gruppe gewählt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die zweite leitende Teilschicht
ein Material aus der durch Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Rhenium, Iridium und
Platin gebildeten Gruppen gewählt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden leitenden
Teilschichten bei verschiedenen Drucken angebracht werden, wobei der Druck beim Anbringen
der ersten leitenden Teilschicht geringer als der Druck beim Anbringen der zweiten leitenden
Teilschicht ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck beim Anbringen der ersten
leitenden Teilschicht 1,33 · 10-" bis 1,33 · 10-5Pa
(10-6 bis 10-7 Torr) und der Druck beim Anbringen der zweiten leitenden Teilschicht 1,33 bis 13,3 Pa
(10-2 bis 10-3 Torr) beträgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für den Materialtransport
zu der Oberfläche beim Anbringen der zweiten leitenden Teilschicht ein größerer maximaler Einfallswinkel
als beim Anbringen der ersten leitenden Teilschicht angewandt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als die genannte
maskierende Schicht eine Schicht verwendet wird, die drei maskierende Teilschichten aus verschiedenen
Materialien enthält, wobei bei der Bildung von Aussparungen in Form des anzubringenden Leitermusters
in der maskierenden Schicht die dritte maskierende Teilschicht als Ätzmaske für die
darunter liegende zweite maskierende Teilschicht verwendet wird, und wobei die dritte maskierende
Teilschicht beim Anbringen der ersten leitenden Teilschicht und die zweite maskierende Teilschicht
nach Entfernung der dritten maskierenden Teilschicht beim Anbringen der zweiten leitenden
Teilschicht maskiert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die
erste leitende Teilschicht und die erste maskierende Teilschicht das gleiche Material gewählt wird.
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