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Die
Erfindung betrifft allgemein einen Resist-(/Abdeckungs-)Entwicklungsprozess
und insbesondere einen Resist-(/Abdeckungs-)Entwicklungsprozess,
der einen Nachentwicklungsverteilungs(PDD)-Schritt verwendet.
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Bei
einer Herstellung von elektronischen Vorrichtungen, wie beispielsweise
Halbleitervorrichtungen, wird eine einen Resist-Film verwendende Photolithographie
angewendet. Ein Substrat wird mit einer Schicht eines Resist-Materials
beschichtet, um darauf einen Photoresist zu bilden. Die Schicht
des Resist-Materials umfasst typischerweise ein Polymer mit Additiven,
wie beispielsweise Strahlungssensilibatoren, Weichmacher und Haftvermittler.
Das Substrat kann ein Halbleiter-Wafer sein, aus dem integrierte
Schaltungschips gebildet werden, oder ein Modul, das dazu verwendet
wird, integrierte Halbleiterschaltungschips zu tragen und miteinander
zu verbinden.
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Die
Resist-Schicht wird musterweise einer elektromagnetischen Strahlung
ausgesetzt, um die Löslichkeit
von Abschnitten der Resist-Schicht zu ändern. Die Resist-Schicht wird
mit Lösungsmitteln
entwickelt, die die löslichen
Abschnitte der Resist-Schicht entfernen, unter Zurücklassung
der im wesentlichen unlöslichen
Abschnitte, und Teile des Substrats werden für weitere Verarbeitung freigelegt. Das
Substrat wird dann typischerweise Ätz- oder Ablagerungsprozessen
unterzogen.
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Es
gibt zwei allgemeine Typen von Resists (Abdeckungen), positive und
negative. Während
des Belichtungsschritts werden die Bereiche auf einem negativen
Resist, die Licht ausgesetzt werden, einer Polymerisation unterzogen,
und ändern
sich von einem löslichen
Zustand in einen im wesentlichen unlöslichen. Im Gegensatz dazu
werden Licht ausgesetzte Bereiche auf einem positiven Resist einer
Photoauflösung
unterzogen und ändern
sich von im wesentlichen unlöslich
in löslich.
Positive Resists sind daher bevorzugte Resists für eine Herstellungsbereichsverarbeitung
von heutigen Schaltungen, da sie eine bessere Auflösungsfähigkeit
im Vergleich zu negativen Resists haben. Damit können positive Resists kleinere Öffnungen
aufgrund der kleineren Größe der Polymere
darin auflösen.
Es gibt jedoch viele Vorrichtungen mit Bildgrößen, die größer als 5 μm aufweisen, für die negative
Resists verwendet werden können.
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Nachdem
ein Wafer ausgerichtet und belichtet wurde, wird er einem Entwicklungsprozess
unterworfen. Während
des Entwicklungsprozesses wird ein freigelegter Photoresist-Film
mit dem vorgegebenen Muster mit einem Entwickler entwickelt, um
den Resist-Film zu entfernen, um ein vorgegebenes Muster des Photoresist-Films
auf dem Wafer zu bilden. Unter Bezugnahme auf die 1A bis 1D besteht
ein herkömmlicher
Resist-Entwicklungsprozess aus einem Entwicklerverteilungsschritt
(Puddle-bildender Schritt), wie in 1A gezeigt,
einem Puddle-bildenden Schritt, wie in 1B gezeigt,
einem Wasserspülschritt,
wie in 1C gezeigt, und einem Drehtrocknungsschritt,
wie in 1D gezeigt. Wie hierin verwendet,
bedeutet "Puddling" ein Zurückhalten
eines Entwicklers in einer Lache mittels Spannung über der
Oberfläche
eines Werkstücks,
und "Puddle-Entwicklung" bezieht sich auf
einen Entwicklungsprozess unter Verwendung einer Entwicklerlache,
gebildet durch ein Lachenbilden.
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Beim
Entwickeln wird ein freigelegter Resist-Film 2 auf einem
Halbleiter-Wafer 1 gebildet, der Wafer 1 wird
auf einem Vakuum-Wafer-Chuck 3 gezeigt, wie in 1A gezeigt.
Ein Entwickler 4 wird in dem Entwickler-Verteilungsschritt
mit einer Düse 5 oder ähnlichem über der
Oberfläche
des Resist- Films 2 verteilt,
um die Oberfläche
des Wafers 1 zu bedecken. Der Entwickler 4 wird
in einer Lache mittels einer Oberflächenspannung über der
Oberfläche
des Resist-Films 2 und dem Wafer 1 gehalten, wie
in 1B gezeigt.
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Nach
dem Lachen-Entwicklungsschritt wird die Wafer-Oberfläche mit
Wasser gespült,
wie in 1C gezeigt. Insbesondere wird
der Wafer-Chuck 3, der den Wafer 1 hält, rotiert,
während
Wasser 7 von der Düse 8 abgegeben
wird. Unmittelbar dem Spülschritt
folgend wird die Rotationsgeschwindigkeit des Wafer-Chucks 3 auf
eine höhere
Geschwindigkeit erhöht,
um den Wafer 1 zu trocknen, wie in 1D gezeigt.
Es kann jedoch sein, dass einiges des Resists, der sich im Entwickler
auflöst,
während des
Wasserspülschritts
in Wasser ausfallen kann und auf der Wafer-Oberfläche härten und
trocknen kann, da der Resist unlöslich
ist.
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Demzufolge
tritt oft ein Überbrückungsproblem
auf, da Ausfällung
auf dem Wafer haften kann. Ein Brückenbilden ist ein Zustand,
in dem zwei Muster mittels einer dünnen Schicht Photoresist verbunden
sind. Ein Brückenbilden
kann sich aus einer Überbelichtung
ergeben, einer schlechten Maskendefinition oder dadurch, dass ein
Resist-Film zu dick ist. Diese Art von Defekt hat einen wesentlichen
Einfluss auf die Offen-/Kurzschluss-Ausbeuten bei L/S (Linie-Raum)-Strukturen.
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2A zeigt
ein Beispiel eines Brückenbildens,
das auftritt, wenn ein positiver Resist und eine klare (oder helle)
Feldmaske verwendet wird oder wenn ein negativer Resist und eine
dunkle Feldmaske verwendet wird. Die gestrichelten Bereiche 11 in 2A stellen
eine sogenannte "Insel" dar, die während des
Entwicklungsprozesses nicht entfernt werden. Die schattierten Bereiche 12 repräsentieren eine
Ausfällung,
die benachbarte Inseln überbrückt hat,
was einen Kurzschluss bewirkt.
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2B zeigt
ein Beispiel eines Brückenbildens,
das auftritt, wenn ein positiver Resist und eine dunkle Feldmaske
verwendet werden oder wenn ein negativer Resist und eine Klarfeldmaske
verwendet werden. Die gestrichelten Bereiche 13 in 2B stellen
ein Fotomasken-"Loch" auf der Oberfläche des Substrats
dar. Die schattierten Bereiche 14 stellen eine Ausfällung dar,
die einen Bereich eines Loches aufgefüllt hat, was die Bildung geöffneter
Schaltungen bewirken kann.
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Ein
Resist-Überbrücken tritt
allgemein während
Fabrikationsprozessen des Standes der Technik auf. Andere Faktoren
der Fabrikationsprozesse haben jedoch dazu geneigt, einen größeren Einfluss
auf eine Produktausbeute zu haben. Herstellungsverfahren wurden
verbessert, und Vorrichtungen wurden kleiner, und ein Resist-Überbrücken wurde
ein immer größeres Problem
und ein wichtiger Faktor beim Bestimmen, wie Ausbeuten erhöht werden
können.
Insbesondere wird bei kleineren Vorrichtungen ein Resist-Überbrücken ein
wesentlicher Faktor bei Reduktion einer Ausbeute.
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Die
WO 91 18322 A offenbart die Entwicklung eines Resists während mehr
als eines Lachenablagerungsschritts.
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Die
US-A-5 571 644 (entsprechend der JP-A-6 077 124) offenbart einen
Resist-Entwicklungsprozess zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung,
wobei eine erste Entwicklungslösung
auf dem Wafer aufgebracht wird, gefolgt im Anschluss von weiteren
Verteilungen von Entwicklern, die sich vom ersten Entwickler hinsichtlich
der Temperatur unterscheiden. Der offenbarte Prozess wird durch
eine notwendige Temperatursteuerung begleitet, zusätzlich zu
einer Steuerung der Menge von Entwickler, die durch Verwendung gesteuerter
Ventile abgegeben wird, und zusätzlich
zu einer Steuerung der Abgabezeit durch Verwendung vorgegebener
Entwicklungsgeschwindigkeiten.
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Die
JP 6 077 124 A und
JP 6 045 244 A offenbart
Resist-Entwicklungsprozesse
zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung, die Schritte umfassend: Aufbringen
eines ersten Entwicklers auf einen Halbleiter-Wafer, der mit einem
Resist beschichtet ist, um eine Lache zu bilden; Entwickeln des
Resists auf der Wafer-Oberfläche
durch Auflösen
von Bereichen des Resists im ersten Entwickler; und Aufbringen eines zweiten
Entwicklers auf die Wafer-Oberfläche, während der
Wafer gedreht wird, um die Konzentration des ersten Entwicklers
mit den aufgelösten
Bereichen des Resists auf der Wafer-Oberfläche ohne Bildung einer weiteren
Lache zu reduzieren.
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Beginnend
von dem zuletzt erwähnten
Dokument, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Brückenbilden,
das im Resist-Entwicklungsprozess auftritt, im wesentlichen zu eliminieren.
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Diese
Aufgabe wird durch einen im unabhängigen Anspruch 1 definierten
Prozess gelöst.
Die abhängigen
Ansprüche
2 bis 16 definieren spezielle Ausführungsbeispiele der vorliegenden
Erfindung.
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Die
vorliegende Erfindung wird nunmehr detaillierter mit Bezug auf bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben, die lediglich als Beispiel gegeben sind
und in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht werden:
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Die 1A bis 1D zeigen
die in einem herkömmlichen
Resist-(/Abdeckungs-)Entwicklungsprozess enthaltenen Schritte;
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die 2A und 2B veranschaulichen ein
beispielhaftes Brückenbildungs-Problem,
das während
eines herkömmlichen
Resist-Entwicklungsprozesses auftreten kann;
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die 3A bis 3E veranschaulichen
einen beispielhaften Resist-Entwicklungsprozess;
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4 zeigt
ein Flussdiagramm, das die Schritte eines veranschaulichenden Ausführungsbeispiels
darstellt;
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5 zeigt
die Anzahl physikalischer Defekte, die beim Resist-Entwicklungsprozess
der vorliegenden Beschreibung und dem herkömmlichen Resist-Entwicklungsprozess
auftreten; und
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6 zeigt
die Anzahl von elektrischen Defekten, die für einen Resist-Entwicklungsprozess
der vorliegenden Beschreibung und einen Resist-Entwicklungsprozess, der keinen Nachentwicklungsabgabeschritt
verwendet, auftreten.
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Die
vorliegende Erfindung wird unterhalb mit Bezug auf einen positiven
Resist-(/Abdeckungs-)Entwicklungsprozess diskutiert, obwohl die
gleichen Prinzipien genauso auf Fabrikationsprozesse angewendet
werden können,
die negative Resists (Abdeckungen) verwenden. Weiter können Resists
mit verschiedenen Arten von Lösungsmitteln,
Sensibilisatoren und Additiven im Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung
verwendet werden, wie beispielsweise chemisch verstärkte Resists.
Zum Zwecke dieser Beschreibung ist anzunehmen, dass die Polarität der Maske
der einer hellen Feldmaske entspricht. Es versteht sich, dass ein ähnlicher
Prozess mit einer Dunkelfeldmaske implementiert werden kann, mit
Veränderungen,
die dem Fachmann offensichtlich sind.
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Ein
Resist-Entwicklungsprozess umfasst mindestens die folgenden Schritte:
1)
Abgeben von Entwickler auf einen Resist auf einem Wafer, um eine
Lache zu bilden, wie in 3A gezeigt;
2) Auflösen freiliegender
Abschnitte des positiven Resists im Entwickler während eines Lachenentwicklungsschritts,
wie in 3B gezeigt, und 3) nach einer
Entwicklung, Abgeben eines zusätzlichen Entwicklers
auf den Resist auf dem Wafer bei einer Nachentwicklungsabgabe (PDD),
wie in 3C gezeigt, ohne Bilden einer
weiteren Lache. Danach kann die Oberfläche des Wafers mit deionisiertem Wasser
gespült
werden, wie in 3D gezeigt, und die Oberfläche des
Wafers kann einem Drehtrocknungsschritt unterzogen werden, um den
Wafer zu trocknen, wie in 3E gezeigt,
für eine
weitere Verarbeitung wie beispielsweise Ätzen. Ein Flussdiagramm, das
das Verfahren der vorliegenden Erfindung zeigt, ist in 4 gezeigt.
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Beim
Schritt des Abgebens von Entwickler von 3A wird
der Entwickler 4 über
eine Düse 5 abgegeben,
unter Bildung einer Lache, in der der Resist 2, z. B. Photoresist,
löslich
ist. Die nicht polymerisierten oder freigelegten Abschnitte des
Resist 2 lösen
sich im Entwickler 4, der typischerweise eine nichtionische
Lösung
einschließlich
TMAH ist, jedoch irgendeine nichtionische, im Stand der Technik
bekannte Lösung
sein kann. Im Lachenentwicklungsschritt bildet sich eine Lache 6 von
Entwickler mit allen freiliegenden Abschnitten des darin aufgelösten Resists,
wie in 3B gezeigt. In diesem Zustand wird
der Wafer 1 stationär
gehalten, um den Resist zu entwickeln. Der Entwicklerabgabeschritt
und Lachenentwicklungsschritt können
dreimal oder noch öfter vor
dem PDD-Schritt ausgeführt
werden.
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In Übereinstimmung
mit einer alternativen Ausführungsform
kann ein Drehtrockungsschritt, wie in 3E gezeigt,
zwischen dem Lachenentwicklungsschritt und dem Entwicklerabgabeschritt
eingefügt
sein. Vorzugsweise sollte der Lachenentwickler nicht vollständig drehgetrocknet
werden, um zu vermeiden, dass eine Ausfällung des Resists an dem Wafer
haften bleibt, was ein Brückenbilden
bewirken kann.
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Dem
Entwicklungsschritt folgend, ersetzt der PDD-Schritt den ursprünglichen
Entwickler 4 mit frischem Entwickler 9, vor dem
Wasserspülschritt,
wie in 3D gezeigt. Mit einem positiven
Resist lösen sich
freigelegte Abschnitte des Resists im Entwickler 4 während einer
Entwicklung. Durch ein Aufbringen eines zusätzlichen Entwicklers 9 kann
ein ursprünglicher
Entwickler 4 mit dem aufgelösten Resist ersetzt werden.
Wenn eine Lache entwickelt ist und Resist sich in dem Entwickler 4 während des
Lachenentwicklungsschrittes auflöst,
neigt die Konzentration des aufgelösten Resists dazu, eine Ausfällung zu
bilden, die während
des Spülens
ausfällt,
was ein Brückenbilden
bewirkt. Durch Einführen
eines neuen Entwicklers im PDD-Schritt wird die Konzentration eines
aufgelösten
Resists reduziert, und durch ein Drehen des Wafers wird der konzentrierte
oder beladene Entwickler entfernt. Somit verhindert der PDD-Schritt, dass der
PDD auf die Oberfläche
des Halbleiter-Wafers
ausfällt
und Brücken
zwischen polymerisiserten (d. h. nicht belichteten) Abschnitten des
Resists auf dem Wafer bildet, durch schnelles Ersetzen des ursprünglichen
Entwicklers 4. Der PDD-Schritt ersetzt schnell den Resist
enthaltenden Entwickler, der für
eine Lachenentwicklung verwendet wird, mit einem frischen Entwickler,
vor einem Spülen.
Die Idee beim frischen Entwickler ist es, dass er keinen Resist
während
des Spülschritts
mit deionisiertem Wasser enthält,
da der Resist im Wasser unlöslich
ist.
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Während des
PDD-Schrittes wird der zusätzliche
Entwickler 9 von der Düse 10 abgegeben,
während
der Wafer-Chuck 3 gedreht wird. Es ist notwendig, die Menge
von abgegebenem Entwickler 9 zu regulieren, die Entwicklungszeit
und die Drehgeschwindigkeit. Beispielsweise muss ein ausreichendes
Ausmaß einer
Entwicklerabsorption auftreten, jedoch nicht so sehr, dass sich
eine weitere Lache entwickelt. In Übereinstimmung mit einer veranschaulichenden
Ausführungsform
wird der zusätzliche
Entwickler 9 während
einer Periode von weniger als oder gleich fünf Sekunden auf einen 203,2 × 10–3 m
(= acht Inch) Wafer 1 abgegeben, während sich der Wafer-Chuck 3 mit
einer Geschwindigkeit von mindestens 100 Drehungen/Min. dreht, um
die vorhergehend erwähnten
Bedingungen zu erfüllen.
Vorzugsweise wird eine Menge von ungefährt 25 Milliliter Entwickler 9 in
ungefähr
zwei Sekunden abgegeben, werden sich der Wafer-Chuck 3 mit
einer Geschwindigkeit von ungefähr
1000 Drehungen/Min. dreht. Die PDD-Zeit sollte nicht so lang sein,
dass sie eine chemische Ablagerungsungleichmäßigkeit bewirkt, so dass der
Entwickler verschlechtert wird oder unnötige Mengen verbraucht werden.
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Der
Entwickler 9, der während
des PDD hinzugefügt
wird, muss nicht genau der gleiche Entwickler sein, der im Entwicklerabgabe-
und Lachenentwicklungsschritt verwendet wird. Die einzige Anforderung
ist es, dass der zusätzliche
Entwickler 9 sowohl mit Wasser als auch dem Resist kompatibel
ist. Beispielsweise kann das TMAH, dass im PDD-Schritt verwendet
wird, eine höhere
oder niedrigere Normalität
als der im Lachenentwicklungsschritt verwendete Entwickler aufweisen.
Weiter kann der zusätzliche Entwickler 9 mehr
oder weniger Tensid als der Entwickler enthalten, der im Lachenentiwcklungsschritt verwendet
wird. Die Auswahl der für
den zusätzlichen Entwickler 9 zu
verwendenden Substanz basiert auf den erwünschten Charakteristiken des
Entwicklers.
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Folgend
dem PDD-Schritt wird der Wafer 1 mit deionisierter Wasserspülung gespült, abgegeben von
der Düse 8,
während
der Wafer-Chuck 3 den Wafer 1 dreht, wie in 3D gezeigt.
In Übereinstimmung
mit der Erfindung werden der PDD-Schritt und Wasserspülschritt
gleichzeitig ausgeführt.
Die einzige Beschränkung
ist es, dass die Abgabe des zusätzlichen
Entwicklers 9 vor dem Wasserspülschritt beginnen muss.
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Typischerweise
werden unterschiedliche Abgabedüsen
für den
PDD-Schritt und den Wasserspülschritt
verwendet. Die Abgabedüse
kann ein beliebiger im Stand der Technik bekannter Typ sein, wie beispielsweise
eine Strom- oder Sprühdüse.
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Sprühdüsen neigen
jedoch dazu, Blasen im Entwickler während einer Abgabe zu erzeugen.
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Dem
Wasserspülschritt
folgend, kann der Wafer-Chuck 3 mit einer geeigneten Geschwindigkeit gedreht
werden, um den Wafer durch Drehung zu trocknen, wie in 3E gezeigt.
Danach kann eine erwünschte
zusätzliche
Verarbeitung ausgeführt
werden.
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5 zeigt
den Unterschied bei physikalischen Defekten zwischen dem Resist-Entwicklungsprozess
in Übereinstimmung
der vorliegenden Beschreibung mit dem PDD und dem herkömmlichen Resist-Entwicklungsprozess.
Die Anzahl von Resist-Überbrückungen,
die bei einer Entwicklungsbedingung auftreten, bei der der Entwicklerabgabeschritt
und Lachenentwicklungsschritt dreimal wiederholt werden (Dreifachlache),
ist gezeigt, wie auch eine Entwicklungsbedingung, bei der der Entwicklerabgabeschritt
und Lachenentwicklungsschritt viermal wiederholt werden (Quadrupel-Lache).
Die durch die vorliegende Beschreibung realisierte Verbesserung bei
der Anzahl physikalischer Defekte ist mengenmäßig gesehen erheblich, wie
in 5 gezeigt.
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Um
die elektrische Effektivität
der vorliegenden Erfindung zu testen, wurden Offenschaltungs- und
Kurzschlusstests auf einer 0,25 μm
Leitung durchgeführt,
und bei Raumstrukturen, deren Bereich einem 256M-DRAM-Chip entspricht.
Es gibt 52 Chips auf einem 203,2 × 10–3 m
(= 8 Inch) Wafer. Jeder Chip enthält sechzehn 16 M Blöcke, die
einen 256M-DRAM bilden, wenn sie miteinander arbeiten. Damit der
256M-DRAM funktional ist, müssen
alle 16 Blöcke
funktional sein. Offenschaltungs- und
Kurzschlusstests wurden mit allen 16M-Blöcken durchgeführt. 6 zeigt
die 16M- und 256M-Ausbeute für sowohl
eine Dreifach- als auch eine Vierfachlache unter Verwendung eines
Herstellungsprozesses ohne den PDD-Schritt (T-Puddle und Q-Puddle)
und einen Herstellungprozess unter Verwendung des PDD-Schritts in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung für
sowohl eine Triple- als auch eine Quadruple-Puddle (PDD + T-Puddle
und PDD + Q-Puddle).
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Die
vorliegende Erfindung ist insbesondere vorteilhaft bei kleinen Leitungs-/Raumanordnungen mit
beispielsweise Gate-Ebenen
und Metallverdrahtungsführungen,
obwohl nicht darauf beschränkt.
Ein Brückenbilden
wird mehr zu einem Problem, wenn eine Leitungs-/Raumbeabstandung
immer kleiner wird. Somit ist die Verbesserung bei physikalischen und
elektrischen Defekten zwischen der vorliegenden Erfindung und herkömmlichen
Verfahren bei kleinen Leitungs-/Raumanordnungen stärker ausgeprägt.