DE102015105856A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Herstellen von FinFET-Bauelementen - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zum Herstellen eines FinFET-Bauelements, welches umfasst: Ausbilden von mehreren Finnen in einem Substrat, wobei das Substrat ein Mittelgebiet und ein das Mittelgebiet umgebendes Randgebiet umfasst. Eine Gatematerialschicht wird über den Finnen abgeschieden, und die Gatematerialschicht wird mit einem Ätzgas geätzt, um Gates auszubilden, wobei das Ätzgas in einem Verhältnis einer Durchflussrate im Mittelgebiet zu einer Durchflussrate im Randgebiet in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt wird.
Description
- ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
- Die Industrie für integrierte Halbleiterschaltungen (IC) hat ein sehr schnelles Wachstum erfahren. Im Zuge der Entwicklung ist die Funktionsdichte der Halbleiterbauelemente gestiegen, während die Merkmalgröße oder Geometrie der Bauelemente kleiner geworden ist. Dieser Miniaturisierungsprozess (Skalierung) bringt Vorteile, indem die Produktionseffizienz gesteigert, die Kosten gesenkt und/oder die Leistung der Bauelemente verbessert wird, doch er erhöht die Komplexität des IC-Herstellungsverfahrens.
- Um die Steigerung der Herstellungskomplexität anzugehen, sind ähnliche Fortschritte in der IC-Verarbeitung und -Herstellung erforderlich. Zum Beispiel wurde ein dreidimensionaler Transistor, wie ein finnenförmiger Feldeffekttransistor (FinFET), eingeführt, um einen planaren Transistor zu ersetzen. In dem Herstellungsprozess der FinFET-Bauelemente werden stets weitere Verbesserungen benötigt, um der Leistungsanforderung in dem Miniaturisierungsprozess gerecht zu werden.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der nachstehenden ausführlichen Beschreibung verstanden, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gelesen wird. Es ist zu beachten, dass gemäß dem Standardverfahren in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Erörterung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
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1 ist eine schematische Ansicht eines FinFET-Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
2 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines FinFET-Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
3A bis8A sind Querschnittsansichten des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie AA bei einer Zwischenstufe der Fertigung gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
3B bis8B sind Querschnittsansichten des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie BB bei einer Zwischenstufe der Fertigung gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
6C und8C sind Querschnittsansichten des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie CC bei einer Zwischenstufe der Fertigung gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
9A ist eine Querschnittsansicht des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie AA gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
9B ist eine Querschnittsansicht des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie CC gemäß verschiedenen Ausführungsformen. -
10 ist eine Querschnittsansicht einer Trockenätzvorrichtung gemäß verschiedenen Ausführungsformen. - AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
- Die nachstehende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen, oder Beispiele, zum Implementieren verschiedener Merkmale des vorliegenden Gegenstands bereit. Konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind nachstehend beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind selbstverständlich lediglich Beispiele und sind nicht im beschränkenden Sinne gedacht. Zum Beispiel kann das Ausbilden eines ersten Merkmals über oder auf einem zweiten Merkmal in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, in denen das erste und das zweite Merkmal in direktem Kontakt ausgebildet werden, und kann ebenfalls Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Merkmale zwischen dem ersten und dem zweiten Merkmal ausgebildet werden können, so dass das erste und das zweite Merkmal möglicherweise nicht in direktem Kontakt stehen. Außerdem kann die vorliegende Offenbarung Bezugsnummern und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung geschieht zum Zweck der Einfachheit und Klarheit und sie schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Ausgestaltungen vor.
- Außerdem können hierin Begriffe, die sich auf räumliche Relativität beziehen, wie z. B. „unterhalb”, „unter”, „unterer”, „oberhalb”, „oberer” und dergleichen, zur Erleichterung der Besprechung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals zu einem anderen Element oder Merkmal (zu anderen Elementen oder Merkmalen), wie in den Figuren dargestellt, zu beschreiben. Die Begriffe, die räumliche Relativität betreffen, sollen verschiedene Ausrichtungen des verwendeten oder betriebenen Bauelements zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann auf eine andere Weise ausgerichtet sein (um 90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) und die hier verwendeten Bezeichnungen, die räumliche Relativität betreffen, können gleichermaßen dementsprechend ausgelegt werden.
- Ein FinFET-Bauelement (oder FinFET-Einrichtung) weist eine Finne in einem Halbleitersubstrat und ein auf einer Oberseite der Finne angeordnetes Gate auf, wobei das Halbleitersubstrat, z. B. ein Wafer, ein Mittelgebiet und ein das Mittelgebiet umgebendes Randgebiet umfasst. Im Allgemeinen umfasst das in dem Mittelgebiet ausgebildete Gate ein Einkerbungsmerkmal, aber das im Randgebiet ausgebildete Gate behält ein Fußmerkmal. Das Fußmerkmal wird leicht durch eine in der Finne gefertigte epitaktische Struktur gelöchert, und die Leistung des FinFET-Bauelements nimmt wesentlich ab. Daher ist es notwendig, ein Verfahren zum Herstellen von eingekerbten Gates im Mittelgebiet und dem Randgebiet bereitzustellen.
- Unter Bezugnahme auf
1 zeigt1 ein FinFET-Bauelement gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Ein Fin-Feldeffekttransistor-Bauelement (FinFET-Bauelement)100 umfasst ein Substrat110 , das ein Mittelgebiet120 und ein Randgebiet130 umfasst. In Ausführungsformen ist das Substrat110 ein Wafer, und das Randgebiet130 umgibt das Mittelgebiet120 . Mehrere Finnen122 ,132 und134 sind in dem Substrat110 gefertigt, und Isolationsstrukturen140 trennen die benachbarten Finnen. Die Finne122 befindet sich im Mittelgebiet120 , und die Finnen132 und134 liegen im Randgebiet130 . Zudem deckt ein Gateoxid150 die Isolationsstrukturen140 und Seitenwände der Finnen122 ,132 und134 ab. - Ein Gate
160 im Mittelgebiet120 umfasst einen ersten Abschnitt161 auf der Finne122 und einen mit den Seitenwänden der Finne122 überlappenden zweiten Abschnitt162 , wobei der zweite Abschnitt162 des Gates160 ein Einkerbungsmerkmal163 umfasst. Außerdem umfasst ein Gate170 im Randgebiet130 einen ersten Abschnitt171 auf den Finnen132 und134 und einen mit den Seitenwänden der Finnen132 und134 überlappenden zweiten Abschnitt172 , wobei der zweite Abschnitt172 des Gates170 ebenfalls ein Einkerbungsmerkmal173 umfasst. Zudem umfasst das FinFET-Bauelement mehrere epitaktische Strukturen180 , die in den Finnen122 ,132 und134 vergraben sind. - In Ausführungsformen umfasst das FinFET-Bauelement außerdem Hartmasken
190 , die jeweils auf dem Gate160 bzw.170 angeordnet sind. - Die vorliegende Offenbarung stellt ein Verfahren zum Herstellen von eingekerbten Gates im Randgebiet
130 bereit, und das Gate160 im Mittelgebiet122 umfasst weiterhin das Einkerbungsmerkmal163 . Nun wird gleichzeitig auf2 ,3A bis8A sowie3B bis8B Bezug genommen.2 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen des FinFET-Bauelements gemäß verschiedenen Ausführungsformen.3A bis8A sind Querschnittsansichten des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie AA bei einer Zwischenstufe der Fertigung.3B bis8B sind Querschnittsansichten des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie BB bei einer Zwischenstufe der Fertigung. - Das Verfahren
200 beginnt bei Vorgang210 ; ein Substrat110 wird bereitgestellt und mehrere Finnen122 ,132 und134 werden in dem Substrat110 ausgebildet. Nun wird gleichzeitig auf3A und3B Bezug genommen. Das Substrat110 umfasst das Mittelgebiet120 und das Randgebiet130 . In Ausführungsformen ist das Substrat110 ein Wafer, und das Randgebiet130 umgibt das Mittelgebiet120 . Das Substrat110 kann ein Bulk-Siliziumsubstrat sein. Alternativ kann das Substrat110 einen Elementhalbleiter, das Silizium oder Germanium in kristalliner, polykristalliner und/oder amorpher Struktur umfasst, einen Verbindungshalbleiter, der Siliciumcarbid, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid umfasst, einen Legierungshalbleiter, der SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GaInAs, GaInP und/oder GaInAsP umfasst, ein beliebiges anderes geeignetes Material und/oder Kombinationen davon umfassen. - In Ausführungsformen ist das Substrat
110 ein SOI-Substrat (Silizium auf einem Isolator). Das SOI-Substrat wird unter Verwendung von Trennung durch Implantation von Sauerstoff (SIMOX), Waferbonden und/oder anderen geeigneten Verfahren gefertigt, und ein Beispiel einer Isolationsschicht kann eine vergrabene Oxidschicht (buried oxide layer, BOX) sein. - Die Finne
122 wird im Mittelgebiet122 ausgebildet, und die Finnen132 und134 werden im Randgebiet130 ausgebildet. Die Finnen122 ,132 und134 können unter Verwendung geeigneter Prozesse, einschließlich eines Fotolithografie- oder Ätzprozesses, gefertigt werden. Der fotolithografische Prozess kann umfassen: Ausbilden einer Fotolackschicht (nicht dargestellt), die über dem Substrat110 liegt, Belichten der Fotolackschicht, um eine Struktur auszubilden, Durchführen eines Backprozesses nach der Belichtung (Post-Exposure Bake), und Entwickeln der Struktur, um ein Maskierungselement auszubilden. Das vorstehend erwähnte Maskierungselement wird verwendet, um Abschnitte des Substrats110 zu schützen, während Gräben in dem Substrat110 mithilfe des Ätzprozesses ausgebildet werden, wobei die sich erstreckenden Finnen122 ,132 und134 verbleiben. - Zahlreiche andere Ausführungsformen von Verfahren zum Ausbilden der Finnen
122 ,132 und134 in dem Substrat110 können geeignet sein. In Ausführungsformen können Source- und Draingebiete an zwei entgegengesetzten Enden der Finnen122 ,132 und134 ausgebildet werden. Ein Kanalgebiet liegt zwischen dem Source- und dem Draingebiet, wobei das Source- und das Draingebiet mithilfe beliebiger geeigneter Verfahren, wie z. B. Aufwachsen durch selektive Epitaxie, ausgebildet werden können. - In Vorgang
220 werden Isolationsstrukturen140 in dem Substrat110 ausgebildet. Wie in4A und4B dargestellt, trennen die Isolationsstrukturen140 benachbarte Finnen in dem Substrat110 . Zum Beispiel können die Gräben unter Verwendung eines RIE-Prozesses (reaktives Ionenätzen) oder anderer geeigneter Prozesse ausgebildet werden. - Die Isolationsstrukturen
140 können eine Einfachschicht- oder eine Mehrfachschichtstruktur sein. Die Isolationsstrukturen140 können aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, mit Fluor dotiertem Silikatglas (FSG), einem Low-k-Dielektrikumsmaterial und/oder anderen geeigneten isolierenden Materialien gebildet werden. Die Isolationsstrukturen140 können ein STI-Merkmal (flache Grabenisolation) sein. In verschiedenen Ausführungsformen sind die Isolationsstrukturen140 das STI-Merkmal und werden durch Ätzen von Gräben in dem Substrat110 , Füllen eines isolierenden Materials in die Gräben und Durchführen eines chemisch-mechanisches Polierprozesses (CMP-Prozesses) gebildet. Andere Techniken zum Fertigen der Isolationsstrukturen140 sind möglich. - Unter Bezugnahme auf Vorgang
230 wird eine Gatematerialschicht310 über den Finnen abgeschieden. In5A und5B deckt die Gatematerialschicht310 eine obere Fläche und Seitenwände der Finnen122 ,132 und134 ab. Zudem deckt die Gatematerialschicht310 außerdem die Isolationsstrukturen140 ab. Die Gatematerialschicht310 umfasst eine Gateoxidschicht312 , eine Gateschicht314 und eine Hartmaskenschicht316 . Die Gateoxidschicht312 ist eine Ätzstoppschicht, die mithilfe einer thermischen Oxidation, einer CVD oder eines Sputterns gefertigt werden könnte. Andere Techniken zum Fertigen der Gateoxidschicht312 sind möglich. In einigen Ausführungsformen kann die Gateoxidschicht312 ein dielektrisches Material umfassen, das Hafniumoxid, Titannitrid, Siliziumdioxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid oder eine Kombination davon umfasst. - Die Gateschicht
314 wird aus polykristallinem Silizium (Poly-Si), polykristallinem Siliziumgermanium (Poly-SiGe), Siliziumnitrid oder anderen geeigneten Materialien gebildet. Die Hartmaskenschicht316 wird aus Siliziumnitrid, SiON, SiC, SiOC, Spin-on-Glass (SOG), einer Low-k-Schicht, Tetraethylorthosilicat (TEOS), einem durch Plasma-unterstützte CVD gebildeten Oxid (PE-Oxid), einem in einem HARP-Prozess (High Aspect Ratio Prozess) gebildeten Oxid oder einer Kombination davon gebildet. Nach dem Ausbilden der Gatematerialschicht310 wird die Gatematerialschicht310 einem CMP-Prozess unterzogen. - In verschiedenen Ausführungsformen ist die Gatematerialschicht
310 die Gateschicht314 , die polykristallines Silizium (Poly-Si), polykristallines Siliziumgermanium (Poly-SiGe), Siliziumnitrid oder andere geeignete Materialien umfasst. - Fortfahrend mit Vorgang
240 wird die Gatematerialschicht310 mit einem Ätzgas geätzt, um Gates160 und170 auszubilden, und das Ätzgas wird in einem Verhältnis von einer Durchflussrate im Mittelgebiet120 zu einer Durchflussrate im Randgebiet140 in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt. Wie in6A und6B dargestellt, wird die Gateoxidschicht312 , die die Finnen122 ,132 und134 schützt, nicht geätzt. Die Gates160 und170 können unter Verwendung geeigneter Prozesse, einschließlich eines Fotolithografie- oder Ätzprozesses, gefertigt werden. Der fotolithografische Prozess kann umfassen: Ausbilden einer Fotolackschicht (nicht dargestellt), die über der Gatematerialschicht310 liegt, Belichten der Fotolackschicht, um eine Struktur auszubilden, Durchführen eines Backprozesses nach der Belichtung (Post-Exposure Bake), und Entwickeln der Struktur, um ein Maskierungselement auszubilden. Das Maskierungselement wird verwendet, um Abschnitte der Gatematerialschicht310 in dem Ätzprozess zu schützen, wodurch die Gates160 und170 verbleiben. Der Ätzprozess ist ein Trockenätzprozess bezugnehmend auf die Verwendung von Plasmastrippen, der das Ätzgas, wie Bromwasserstoff oder Sauerstoff, verwendet. - In Ausführungsformen verbleiben die Hartmasken
190 jeweils auf den Gates160 bzw.170 . - Da der CMP-Prozess die gleichmäßige Gatematerialschicht
310 nicht ausbilden konnte, ist die Dicke der Gatematerialschicht310 im Randgebiet130 größer als eine Dicke der Gatematerialschicht310 im Mittelgebiet120 . Daher umfasst das im Randgebiet130 ausgebildete Gate170 in der Regel einen Fußmerkmal, was bedeutet, dass etwas von dem Gatematerial an der Unterseite des Gates170 verbleibt. Mithilfe einer Festlegung der Gesamtdurchflussrate und Erhöhung der Durchflussrate des Ätzgases im Randgebiet130 könnte das an der Unterseite des Gates170 verbliebene Gatematerial geätzt werden, um das Einkerbungsmerkmal173 auszubilden. Es ist zu beachten, dass die Gesamtdurchflussrate festgelegt ist, wodurch die Durchflussrate im Randgebiet130 erhöht wird und die Durchflussrate im Mittelgebiet120 reduziert wird. Das im Mittelgebiet120 ausgebildete Gate160 behält jedoch weiterhin das Einkerbungsmerkmal163 . Insbesondere bildet das durch die vorliegende Offenbarung vorgesehene Verhältnis gleichzeitig das eingekerbte Gate170 im Randgebiet130 und das eingekerbte Gate160 im Mittelgebiet120 aus. - Nun wird auf
6A Bezug genommen, um die vorliegende Offenbarung weiter zu erläutern. Die Gatematerialschicht310 wird geätzt, damit das Gate160 im Mittelgebiet120 ausgebildet wird. Das Gate160 im Mittelgebiet120 umfasst den ersten Abschnitt161 auf der Finne122 und den mit den Seitenwänden der Finne122 überlappenden zweiten Abschnitt162 , und der zweite Abschnitt162 umfasst das Einkerbungsmerkmal163 . Das Einkerbungsmerkmal163 ist mithilfe des nachstehenden Maßstabs definiert. Der zweite Abschnitt162 des Gates160 weist eine erste Breite164 an einer Grenze des ersten Abschnitts161 und des zweiten Abschnitts162 auf, und eine zweite Breite165 liegt an einer Unterseite des Gates160 vor. Die zweite Breite165 ist kleiner als die erste Breite164 , was beweist, dass das Gatematerial nicht an der Unterseite des Gates160 verblieben ist. - Außerdem umfasst der zweite Abschnitt
162 auch eine dritte Breite166 zwischen der ersten Breite164 und der zweiten Breite165 , und die dritte Breite166 ist kleiner als die erste Breite164 und die zweite Breite165 . Die dritte Breite166 ist eine schmalste Breite zwischen der ersten Breite164 und der zweiten Breite165 , was beweist, dass der zweite Abschnitt162 ein eingekerbtes Profil von der ersten Breite164 zu der zweiten Breite165 umfasst. Der zweite Abschnitt162 des Gates160 umfasst außerdem einen ersten Abstand167 von der zweiten Breite165 zu der dritten Breite166 . - Nun wird auf
6C Bezug genommen;6C ist eine Querschnittsansicht des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie CC bei einer Zwischenstufe der Fertigung. Während die Gatematerialschicht310 geätzt wird, um das Gate160 im Mittelgebiet120 auszubilden, wird gleichzeitig das Gate170 im Randgebiet130 ausgebildet. Das Gate170 im Randgebiet130 umfasst den ersten Abschnitt171 über der Finne132 und den mit den Seitenwänden der Finne132 überlappenden zweiten Abschnitt172 , und der zweite Abschnitt172 umfasst ebenfalls ein Einkerbungsmerkmal173 . Der zweite Abschnitt172 des Gates170 weist eine erste Breite174 an einer Grenze des ersten Abschnitts171 und des zweiten Abschnitts172 auf, und eine zweite Breite175 liegt an einer Unterseite des Gates170 vor. Die zweite Breite175 ist kleiner als die erste Breite174 , was beweist, dass das Gatematerial nicht an der Unterseite des Gates170 verblieben ist. Die dritte Breite176 liegt zwischen der ersten Breite174 und der zweiten Breite175 , und die dritte Breite176 ist kleiner als die erste Breite174 und die zweite Breite175 . Es konnte bewiesen werden, dass das Gate170 im Randgebiet130 auch das eingekerbte Profil von der ersten Breite174 zu der zweiten Breite175 umfasst. Zudem umfasst der zweite Abschnitt172 des Gates170 außerdem einen ersten Abstand177 von der zweiten Breite175 zu der dritten Breite176 . - Bei Regelung des Verhältnisses der Durchflussrate des Ätzgases im Mittegebiet
120 zu der Durchflussrate des Ätzgases im Randgebiet130 umfasst sowohl der zweite Abschnitt162 des Gates160 im Mittelgebiet120 als auch der zweite Abschnitt172 des Gates170 im Randgebiet130 das Einkerbungsmerkmal. Das Verhältnis der Durchflussrate liegt in einem Beriech von 0,33 bis 3. - In Ausführungsformen liegt das Verhältnis der Durchflussrate in einem Bereich von 1 bis 1,1, und das im Mittelgebiet
120 ausgebildete Gate160 und das in dem Randgebiet130 ausgebildete Gate170 umfassen gleichartige Einkerbungsmerkmale. Daher ist der erste Abstand167 des Gates160 im Mittelgebiet120 nahe dem ersten Abstand177 des Gates170 im Randgebiet130 . - In Ausführungsformen befinden sich die Gates
160 und170 in einem dichten Gebiet. Die erste Breite164 des Gates160 und die erste Breite174 des Gates170 liegen in einem Bereich von ungefähr 16 nm bis ungefähr 20 nm, und ein Abstand zwischen zwei benachbarten Gates liegt in einem Bereich von ungefähr 80 nm bis ungefähr 100 nm. - In Ausführungsformen befinden sich die Gates
160 und170 in einem isolierten Gebiet. Die erste Breite164 des Gates160 und die erste Breite174 des Gates170 liegen in einem Bereich von ungefähr 20 nm bis ungefähr 240 nm, und ein Abstand zwischen zwei benachbarten Gates liegt in einem Bereich von ungefähr 300 nm bis ungefähr 400 nm. - In Ausführungsformen werden Spacer auf beiden Seiten der Gates
160 und170 ausgebildet. Zum Beispiel kann ein dielektrisches Material (nicht dargestellt) abgeschieden und anschließend geätzt werden, um die Spacer auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten der Gates160 und170 auszubilden. Die Spacer können aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxynitrid, Silizium-Kohlenstoff-Nitrid oder anderen geeigneten Materialien gefertigt werden. Übliche Ausbildungsverfahren für die Seitenwandspacer umfassen ein Abscheiden eines dielektrischen Materials über den Gates160 und170 und den Finnen122 ,132 und134 und anschließendes anisotropes Rückätzen des dielektrischen Materials. Der Rückätzprozess kann ein mehrstufiges Ätzen umfassen, um Ätzselektivität, Flexibilität und eine gewünschte Überätzungskontrolle zu erzielen. - In Ausführungsformen werden die Gates
160 und170 später entfernt, und ein leitfähiges Material kann dann abgeschieden werden, um ein Metallgate auszubilden. Das Metallgate wird aus Aluminium, Kupfer, Titan, Tantal, Wolfram, Molybdän, Tantalnitrid, Nickelsilizid, Kobaltsilizid, TiN, WN, TiAl, TiAlN, TaCN, TaC, TaSiN, Metalllegierungen, anderen geeigneten Materialien oder Kombinationen davon gebildet. - Fortfahrend mit Vorgang
250 werden die Finnen122 ,132 und134 ausgespart, um Löcher710 zu bilden. Wie in7A und7B dargestellt, ätzt ein Aussparungsprozess die Finnen122 ,132 und134 , um mehrere Löcher710 auszubilden. Außerdem wird die Gateoxidschicht312 auf den Finnen122 ,132 und134 geätzt, um das Gateoxid150 zu bilden. Der Aussparungsprozess kann einen Trockenätzprozess, einen Nassätzätzprozess und/oder eine Kombination davon umfassen. Der Aussparungsprozess kann außerdem ein selektives Nassätzen oder ein selektives Trockenätzen umfassen. Eine Nassätzlösung umfasst eine Tetramethylammoniumhydroxid- (TMAH), eine HF/HNO3/CH3COOH-Lösung oder eine andere geeignete Lösung. Der Trocken- und der Nassätzprozess weisen Ätzparameter auf, die eingestellt werden könnten, wie z. B. verwendete Ätzmittel, Ätztemperatur, Ätzlösungskonzentration, Ätzdruck, Quellenleistung, RF-Bias-Spannung, RF-Bias-Leistung, Durchflussrate des Ätzmittels und andere geeignete Parameter. Zum Beispiel kann eine Nassätzlösung NH4OH, KOH (Kaliumhydroxid), HF (Flusssäure), TMAH (Tetramethylammoniumhydroxid), andere geeignete Nassätzlösungen oder Kombinationen davon umfassen. Der Trockenätzprozess umfasst einen Biased-Plasma-Ätzprozess, der eine auf Chlor basierende Chemie verwendet. Andere Trockenätzgase umfassen CF4, NF3, SF6 und He. Das Trockenätzen kann auch unter Verwendung solcher Mechanismen wie DRIE (deep reactive-ion etching, reaktives Ionentiefenätzen) anisotrop durchgeführt werden. - Unter Bezugnahme auf Vorgang
260 werden epitaktische Strukturen180 in den Löchern710 ausgebildet. Die epitaktische Struktur180 wird durch epitaktisches Aufwachsen eines Halbleitermaterials ausgebildet, das ein Einzelelementhalbleitermaterial, wie z. B. Germanium (Ge) oder Silizium (Si), oder Verbindungshalbleitermaterialien, wie z. B. Galliumarsenid (GaAs), Aluminiumgalliumarsenid (AlGaAs), oder eine Halbleiterlegierung, wie z. B. Siliziumgermanium (SiGe), Galliumarsenidphosphid (GaAsP) umfasst. In Ausführungsformen können die epitaktischen Strukturen180 mithilfe von CVD-Abscheidungstechniken, z. B. einer Gasphasenepitaxie (VPE) und/oder einer Ultrahochvakuum-CVD (UHV-CVD), einer Molekularstrahlepitaxie und/oder anderen geeigneten Prozessen ausgebildet werden. - In Ausführungsformen werden die epitaktischen Strukturen
180 aus SiGe gebildet. - Wie in
8A und8B dargestellt, umfassen die epitaktischen Strukturen180 eine Rautenform, die einen Winkel182 aufweist. Wenn der Winkel182 das Gate160 berührt oder durchlöchert, bewirkt eine defekte Verbindung zwischen der epitaktischen Struktur180 und dem Gate160 , dass das FinFET-Bauelement100 zerstört wird. Das Einkerbungsmerkmal163 des Gates160 vergrößert verhältnismäßig einen Näherungsabstand810 zwischen dem Gate160 und der epitaktischen Struktur180 . Daher könnte die Möglichkeit der defekten Verbindung zwischen dem Gate160 und der epitaktischen Struktur180 reduziert werden. Der Näherungsabstand810 weist einen Höchstwert auf, wenn sich die dritte Breite166 und der Winkel182 auf derselben Linie befinden. In Ausführungsformen liegt der Näherungsabstand810 in einem Bereich von ungefähr 0,5 nm bis ungefähr 10 nm. - Nun wird auf
8C Bezug genommen;8C ist eine Querschnittsansicht des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie CC. In ähnlicher Weise umfasst das Gate170 im Randgebiet130 ebenfalls einen Näherungsabstand820 zwischen dem Winkel182 und der dritten Breite176 . Der Näherungsabstand820 weist einen Höchstwert auf, wenn sich die dritte Breite176 und der Winkel182 auf derselben Linie befinden. In Ausführungsformen liegt der Näherungsabstand820 in einem Bereich von ungefähr 0,5 nm bis ungefähr 10 nm. - Verschiedene epitaktische Strukturen umfassen jedoch verschiedene Formen, und eine Position des Winkels variiert auch je nach Form der epitaktischen Struktur. Um den Höchstwert des Näherungsabstands zu gewährleisten, stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Regulieren von Positionen der dritten Breiten
166 und176 bereit, das gewährleistet, dass der Winkel der epitaktischen Struktur mit den dritten Breiten166 und176 ausgerichtet ist. - Die Gates
160 und170 werden aus der geätzten Gatematerialschicht310 in einer vorgegebenen Form ausgebildet, indem das Ätzgas in einem Verhältnis einer Durchflussrate im Mittelgebiet120 zu einer Durchflussrate im Randgebiet130 in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt wird, wobei die vorgegebene Form durch die Form der epitaktischen Struktur bestimmt wird. Außerdem wird ein erster Abstand von der zweiten Breite zu der dritten Breite ebenfalls durch das Verhältnis bestimmt. - Nun wird auf
9A und9B Bezug genommen;9A ist eine Querschnittsansicht des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie AA, und9B ist eine Querschnittsansicht des FinFET-Bauelements in1 entlang der Linie CC. In9B ist die Position eines Winkels932 der epitaktischen Struktur930 im Randgebiet130 viel niedriger. Die vorgegebene Form weist einen ersten Abschnitt171 , der über der Finne132 angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt172 , der mit den Seitenwänden der Finne132 überlappt, auf. Der zweite Abschnitt172 umfasst eine erste Breite174 an einer Grenze des ersten Abschnitts171 und des zweiten Abschnitts172 und eine zweite Breite175 an einer Unterseite des Gates170 . Die vorgegebene Form weist außerdem eine dritte Breite176 zwischen der ersten Breite174 und der zweiten Breite175 , wobei die dritte Breite176 kleiner ist als die erste Breite174 und die zweite Breite175 . In Ausführungsformen ist die zweite Breite175 kleiner als die erste Breite174 . - Beim Erhöhen der Durchflussrate des Ätzgases im Randgebiet
130 wird mehr Gatematerial in der Nähe der Unterseite des Gates170 geätzt. Daher verschiebt sich die dritte Breite176 nach unten und liegt näher der zweiten Breite175 , und der erste Abstand177 von der zweiten Breite175 zu der dritten Breite176 wird reduziert. Die dritte Breite176 könnte sich derart nach unten verschieben, dass sie mit dem Winkel932 der epitaktischen Struktur930 ausgerichtet ist, und ein Näherungsabstand940 zwischen dem Gate170 und der epitaktischen Struktur930 weist einen Höchstwert auf. - In
9A ist die Position eines Winkels912 der epitaktischen Struktur910 im Mittelgebiet120 viel höher. Die vorgegebene Form weist einen ersten Abschnitt161 , der über der Finne122 angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt162 , der die Seitenwände der Finne122 überlappt, auf. Der zweite Abschnitt162 umfasst eine erste Breite164 an einer Grenze des ersten Abschnitts161 und des zweiten Abschnitts162 und eine zweite Breite165 an einer Unterseite des Gates160 . Die vorgegebene Form weist außerdem eine dritte Breite166 zwischen der ersten Breite164 und der zweiten Breite165 , wobei die dritte Breite166 kleiner ist als die erste Breite164 und die zweite Breite165 . In Ausführungsformen ist die zweite Breite165 kleiner als die erste Breite164 . - Durch Reduzieren der Durchflussrate des Ätzgases im Mittelgebiet
120 wird mehr Gatematerial an der Unterseite des Gates160 verbleiben. Daher verschiebt sich die dritte Breite166 nach oben und liegt näher der ersten Breite164 , und der dritte Abstand167 von der zweiten Breite165 zu der dritten Breite166 wird vergrößert. Die dritte Breite166 verschiebt sich derart nach oben, dass sie mit dem Winkel912 der epitaktischen Struktur910 ausgerichtet ist, und ein Näherungsabstand920 zwischen dem Gate170 und der epitaktischen Struktur910 weist einen Höchstwert auf. Es ist zu beachten, dass das Verhältnis der Durchflussrate in einem Bereich von 0,3 bis 3 liegt, um zu gewährleisten, dass das Gate160 im Mittelgebiet120 und das Gate170 im Randgebiet130 weiterhin das Einkerbungsmerkmal umfassen. - In Ausführungsformen ist die Gesamtdurchflussrate nicht festgelegt. Die Durchflussrate im Mittelgebiet
120 und die Durchflussrate im Randgebiet130 werden gleichzeitig erhöht oder reduziert, um die Position der dritten Breiten166 und176 zu regulieren. Daher könnten der erste Abstand167 von der dritten Breite166 zu der zweiten Breite165 im Mittelgebiet120 und der erste Abstand177 von der dritten Breite176 zu der zweiten Breite175 im Randgebiet130 gleichzeitig erhöht oder reduziert werden. -
10 ist eine Querschnittsansicht einer Trockenätzvorrichtung1000 in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die Trockenätzvorrichtung1000 umfasst eine Vakuumkammer1100 , die derart ausgelegt ist, dass sie ein in5A und5B dargestellten Substrat110 sichert. In Ausführungsformen ist eine Stufe1120 in der Vakuumkammer1100 derart ausgelegt, dass sie ein Substrat110 sichert. - Unter gleichzeitiger Bezugnahme auf
5A und5B umfasst das Substrat110 das Mittelgebiet120 und das Randgebiet130 , wobei das Randgebiet130 das Mittelgebiet120 umgibt. Mehrere Finnen122 ,132 und134 werden in dem Substrat110 ausgebildet, und die Gatematerialschicht310 deckt die Finnen122 ,132 und134 ab. Eine Gasversorgungsvorrichtung1200 führt das Ätzgas der Vakuumkammer1100 zu, und eine Auslasseinheit1300 stößt das Ätzgas aus der Vakuumkammer1100 aus. Daher könnte der Druck der Vakuumkammer1100 eingestellt werden. In Ausführungsformen ist das Ätzgas Bromwasserstoff oder Sauerstoff. - Die Trockenätzvorrichtung
1100 umfasst außerdem eine Steuervorrichtung1400 , die derart ausgelegt ist, dass sie die Durchflussrate des Ätzgases im Mittelgebiet120 und die Durchflussrate des Ätzgases im Randgebiet130 steuert. Das Ätzgas wird in einem Verhältnis der Durchflussrate im Mittelgebiet120 zur Durchflussrate im Randgebiet130 in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt. Die Steuervorrichtung1400 verteilt das durch die Gasversorgungsvorrichtung1200 zugeführte Ätzgas auf das Randgebiet130 und das Mittelgebiet120 des Substrats110 , und das Verhältnis der Durchflussrate im Mittelgebiet120 zur Durchflussrate im Randgebiet130 liegt in einem Bereich von 0,33 bis 3, um zu gewährleisten, dass sowohl das im Mittelgebiet120 ausgebildete Gate als auch das im Randgebiet130 ausgebildete Gate das Einkerbungsmerkmal umfassen. - Außerdem befindet sich eine Antenne
1500 an Seitenwänden der Vakuumkammer1100 . Eine Plasmaerzeugungsvorrichtung1600 ist mit der Antenne1500 verbunden, um aus dem Ätzgas Plasma zu erzeugen, wobei die Plasmaerzeugungsvorrichtung1600 eine hochfrequente Leistungsquelle ist. Die Frequenz der hochfrequenten Leistungsquelle zur Plasmaerzeugung beträgt von 13,56 MHz bis 60 MHz. Außerdem kann die Plasmaerzeugungsvorrichtung1600 zur Plasmaerzeugung auch in einem Pulsverfahren betrieben werden. - Das aus dem Ätzgas erzeugte Plasma ätzt die Gatematerialschicht
310 , und die Gates werden im Mittelgebiet120 und im Randgebiet130 ausgebildet. Bei Regulierung des Ätzgases, das im Verhältnis der Durchflussrate im Mittelgebiet120 zur Durchflussrate im Randgebiet130 zugeführt wird, umfasst sowohl das im Mittelgebiet120 ausgebildete Gate als auch das im Randgebiet130 ausgebildete Gate das Einkerbungsmerkmal. Das Verhältnis der Durchflussrate liegt in einem Bereich von 0,33 bis 3. In Ausführungsformen liegt das Verhältnis der Durchflussrate in einem Bereich von 1 bis 1,1, und das im Mittelgebiet120 ausgebildete Gate und das im Randgebiet130 ausgebildete Gate umfassen gleichartige Einkerbungsmerkmale. - Außerdem umfasst die Trockenätzvorrichtung
1100 eine RF-Bias-Leistungsversorgung1700 von 4 MHz, die mit der Stufe1120 verbunden ist, damit Ionen aus dem Plasma in das Substrat110 gezogen werden, um die Ionenenergie zu steuern. - Die vorstehend besprochenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung weisen Vorteile gegenüber existierenden Vorrichtungen und Prozessen auf, und die Vorteile sind nachstehend zusammengefasst. Bei Regulierung des Ätzgases, das im Verhältnis der Durchflussrate im Mittelgebiet zur Durchflussrate im Randgebiet in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt wird, umfasst sowohl das im Mittelgebiet ausgebildete Gate als auch das im Randgebiet ausgebildete Gate das Einkerbungsmerkmal. Das Einkerbungsmerkmal vergrößert den Näherungsabstand zwischen dem Gate und der epitaktischen Struktur, und daher wird das Gate durch die epitaktische Struktur nicht gelöchert.
- Außerdem wird die Position der schmalsten Breite durch das Verhältnis der Durchflussrate bestimmt. Die schmalste Breite könnte mit dem Winkel der epitaktischen Strukturen verschiedener Formen ausgerichtet werden, wodurch sichergestellt wird, dass der Näherungsabstand den Höchstwert aufweist. Um die vorstehenden Punkte zusammenzufassen, umfassen beide Gates des FinFET-Bauelements das Einkerbungsmerkmal, wobei das Einkerbungsmerkmal der Form der epitaktischen Struktur entspricht, um den Näherungsabstand zu vergrößern. Daher wird die Leistung des FinFET-Bauelements stabiler.
- Gemäß einigen Ausführungsformen offenbart die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines FinFET-Bauelements. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden von mehreren Finnen in einem Substrat, wobei das Substrat ein Mittelgebiet und ein das Mittelgebiet umgebendes Randgebiet umfasst. Eine Gatematerialschicht wird über den Finnen abgeschieden, und die Gatematerialschicht wird mit einem Ätzgas geätzt, um Gates auszubilden. Das Ätzgas wird in einem Verhältnis der Durchflussrate im Mittelgebiet zur Durchflussrate im Randgebiet in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt.
- Gemäß verschiedenen Ausführungsformen offenbart die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen eines FinFET-Bauelements oder FinFET-Einrichtung. Das Verfahren umfasst ein Ausbilden von mehreren Finnen in einem Substrat, wobei das Substrat ein Mittelgebiet und ein das Mittelgebiet umgebendes Randgebiet umfasst. Eine Gatematerialschicht wird über den Finnen abgeschieden, und die Gatematerialschicht wird mit einem Ätzgas geätzt. Die Gates werden aus der geätzten Gatematerialschicht in einer vorgegebenen Form ausgebildet, indem das Ätzgas in einem Verhältnis einer Durchflussrate im Mittelgebiet zu einer Durchflussrate im Randgebiet in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt wird. Die vorgegebene Form weist einen ersten Abschnitt, der über der Finne angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der die Seitenwände der Finne überlappt. Der zweite Abschnitt hat eine erste Breite an einer Grenze des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts, und eine zweite Breite befindet sich an einer Unterseite des Gates. Der zweite Abschnitt hat außerdem eine dritte Breite zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite, wobei die dritte Breite kleiner ist als die erste Breite und die zweite Breite. Ein erster Abstand besteht von der zweiten Breite zu der dritten Breite, der durch das Verhältnis bestimmt wird.
- Gemäß verschiedenen Ausführungsformen offenbart die vorliegende Offenbarung eine Trockenätzvorrichtung. Die Trockenätzvorrichtung umfasst eine Vakuumkammer, die derart ausgelegt ist, dass sie ein Substrat sichert, wobei das Substrat ein Mittelgebiet und ein das Mittelgebiet umgebendes Randgebiet umfasst. Das Substrat weist mehrere Finnen und eine Gatematerialschicht über den Finnen auf. Eine Gasversorgungsvorrichtung ist derart ausgelegt, dass sie ein Ätzgas der Vakuumkammer zuführt, und eine Steuervorrichtung ist derart ausgelegt, dass sie das Ätzgas, das in einem Verhältnis einer Durchflussrate im Mittelgebiet zu einer Durchflussrate im Randgebiet in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt wird, reguliert.
- Das Vorstehende skizziert Merkmale von mehreren Ausführungsformen, so dass ein Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Ein Fachmann sollte erkennen, dass er die vorliegende Offenbarung als eine Grundlage für Entwerfen und Modifizieren anderer Prozesse und Strukturen leicht verwenden kann, um die gleichen Aufgaben durchzuführen und/oder die gleichen Vorteile der hier vorgestellten Ausführungsformen zu erzielen. Ein Fachmann soll ebenfalls verstehen, dass derartige äquivalente Ausführungen nicht vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abweichen, und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifizierungen hier vornehmen kann, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Claims (20)
- Verfahren zum Herstellen einer FinFET-Einrichtung, umfassend: Ausbilden von mehreren Finnen in einem Substrat, wobei das Substrat ein Mittelgebiet und ein das Mittelgebiet umgebendes Randgebiet umfasst, Abscheiden einer Gatematerialschicht über den Finnen, und Ätzen der Gatematerialschicht mit einem Ätzgas, um Gates auszubilden, wobei das Ätzgas in einem Verhältnis einer Durchflussrate im Mittelgebiet zu einer Durchflussrate im Randgebiet in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, wobei sowohl das im Mittelgebiet ausgebildete Gate als auch das im Randgebiet ausgebildete Gate ein Einkerbungsmerkmal aufweisen.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Gate einen ersten Abschnitt, der über der Finne angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der die Seitenwände der Finne überlappt, aufweist.
- Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zweite Abschnitt aufweist: eine erste Breite an einer Grenze des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts, und eine zweite Breite an einer Unterseite des Gates, wobei die zweite Breite kleiner als die erste Breite ist.
- Verfahren nach Anspruch 4, das ferner eine dritte Breite zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite aufweist, wobei die dritte Breite kleiner als die zweite Breite ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ätzgas Bromwasserstoff oder Sauerstoff ist.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ferner ein Aufwachsen einer epitaktischen Struktur in der Finne umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 7, wobei die epitaktische Struktur aus SiGe ausgebildet wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei ein Abstand zwischen der epitaktischen Struktur und dem Gate in einem Bereich von ungefähr 0,5 nm bis 10 nm liegt.
- Verfahren zum Herstellen einer FinFET-Einrichtung, umfassend: Ausbilden von mehreren Finnen in einem Substrat, wobei das Substrat ein Mittelgebiet und ein das Mittelgebiet umgebendes Randgebiet umfasst, Abscheiden einer Gatematerialschicht über den Finnen, Ätzen der Gatematerialschicht mit einem Ätzgas, und Ausbilden von Gates aus der geätzten Gatematerialschicht in einer vorgegebenen Form durch Zuführen des Ätzgases in einem Verhältnis einer Durchflussrate im Mittelgebiet zu einer Durchflussrate im Randgebiet in einem Bereich von 0,33 bis 3, wobei die vorgegebene Form einen über der Finne angeordneten ersten Abschnitt und einen die Seitenwände der Finne überlappenden zweiten Abschnitt aufweist, wobei der zweite Abschnitt aufweist: eine erste Breite an einer Grenze des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts, eine zweite Breite an einer Unterseite des Gates, eine dritte Breite zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite, wobei die dritte Breite kleiner ist als die erste Breite und die zweite Breite, und einen ersten Abstand von der zweiten Breite zu der dritten Breite, der durch das Verhältnis bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Ätzgas Bromwasserstoff oder Sauerstoff ist.
- Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die zweite Breite kleiner als die erste Breite ist.
- Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, das ferner ein Aufwachsen einer epitaktischen Struktur in der Finne umfasst.
- Verfahren nach Anspruch 13, wobei ein Abstand zwischen der epitaktischen Struktur und dem Gate in einem Bereich von ungefähr 0,5 nm bis 10 nm liegt.
- Trockenätzvorrichtung, umfassend: eine Vakuumkammer, die derart ausgelegt ist, dass sie ein Substrat sichert, wobei das Substrat ein Mittelgebiet und ein das Mittelgebiet umgebendes Randgebiet aufweist, wobei das Substrat mehrere Finnen und eine Gatematerialschicht über den Finnen umfasst, eine Gasversorgungsvorrichtung, die derart ausgelegt ist, dass sie der Vakuumkammer ein Ätzgas zuführt, eine Steuervorrichtung, die zum Regulieren des Ätzgases ausgelegt ist, das in einem Verhältnis einer Durchflussrate im Mittelgebiet zur Durchflussrate im Randgebiet in einem Bereich von 0,33 bis 3 zugeführt wird, eine Plasmaerzeugungsvorrichtung, die zum Erzeugen eines Plasmas aus dem Ätzgas ausgelegt ist, wobei die Gatematerialschicht durch das Plasma geätzt wird, um Gates auszubilden.
- Trockenätzvorrichtung nach Anspruch 15, wobei sowohl das im Mittelgebiet ausgebildete Gate als auch das im Randgebiet ausgebildete Gate ein Einkerbungsmerkmal aufweisen.
- Trockenätzvorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei das Gate einen ersten Abschnitt, der über der Finne angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt, der die Seitenwände der Finne überlappt, aufweist.
- Trockenätzvorrichtung nach Anspruch 17, wobei der zweite Abschnitt aufweist: eine erste Breite an einer Grenze des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts, und eine zweite Breite an einer Unterseite des Gates, wobei die zweite Breite kleiner als die erste Breite ist.
- Trockenätzvorrichtung nach Anspruch 18, die ferner eine dritte Breite zwischen der ersten Breite und der zweiten Breite aufweist, wobei die dritte Breite kleiner als die zweite Breite ist.
- Trockenätzvorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei das Ätzgas Bromwasserstoff oder Sauerstoff ist.
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