DE102020123160B3 - Halbleiterdie mit Druck- und Beschleunigungssensorelement - Google Patents

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Halbleiterdie, wobei der Halbleiterdie einen Halbleiterchip aufweist. Der Halbleiterchip umfasst ein piezoresistives Drucksensorelement und wenigstens ein kapazitives Beschleunigungssensorelement. Das piezoresistive Drucksensorelement ist seitlich des kapazitiven Beschleunigungssensorelements angeordnet.Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterdies vorgeschlagen, wobei auf den Halbleiterwafer eine Isolationsschicht aufgebracht wird, wobei ein Abstand der monokristallinen Deckschicht durch Strukturierung der Isolationsschicht freigelegt wird, wobei durch Abscheiden von einem Halbleitermaterial eine Halbleiterschicht erzeugt wird, und wobei die Halbleiterschicht einen monokristallinen Abschnitt und einen polykristallinen Abschnitt aufweist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor und ein Halbleiterdie für die Herstellung eines Sensors.
  • Moderne Sensoren werden zunehmend auf der Basis von Halbleiterdies hergestellt. Mithilfe von etablierten Halbleiterprozessetechniken werden viele funktionelle Einheiten durch Prozessierung eines Halbleiterwafers gemeinsam hergestellt, wobei der prozessierte Halbleiterwafer danach in eine Vielzahl von Halbleiterdies geteilt wird, die die Grundlage für die einzelnen Sensoren bilden.
  • Häufig sollen mit Sensoren Beschleunigungen und Drücke gleichzeitig gemessen werden.
  • Demzufolge wird in der US 2015 / 0 035 093 A1 vorgeschlagen, einen kapazitiven Drucksensor gemeinsam mit einem Inertialsensor herzustellen. In der US 7 972 888 B1 wird ein Verfahren zur Herstellung eines MEMS-Sensors beschrieben, der einen piezoresistiven Drucksensor und einen piezoresistiven Beschleunigungssensor umfasst.
  • Ebenso wird in der US 2015 / 0 096 376 A1 eine Kombination eines Inertialsensors und eines Drucksensors in einem einzigen Halbleiterchip vorgeschlagen. Der bekannte Drucksensor ist dabei oberhalb des bekannten Inertialsensors angeordnet und als kapazitiver Drucksensor ausgebildet. In einer alternativen, in der US 2015 / 0 096 376 A1 allerdings nicht explizit beschriebenen Ausführungsform soll auf der Membran des bekannten Drucksensors ein Piezowiderstand aufgebracht werden.
  • Zur Herstellung des in der US 2015 / 0 096 376 A1 beschriebenen Sensors sind viele Prozessschritte erforderlich, die die Herstellung des bekannten Sensors aufwendig machen.
  • Weitere Sensoren werden in den Druckschriften US 2009 / 0 229 370 A1 , US 2010 / 0 242 603 A1 , US 2016 / 0 137 491 A1 , US 2016 / 0 167 953 A1 , US 2017 / 0 328 800 A1 und DE 100 17 976 A1 beschrieben.
  • Es besteht daher Bedarf an Sensoren, die sowohl ein Drucksensorelement als auch ein Beschleunigungssensorelement aufweisen, die sich durch eine verbesserte Herstellbarkeit auszeichnen.
  • Um diesem Bedarf gerecht zu werden, werden ein Halbleiterdie gemäß Hauptanspruch und ein Verfahren zur Herstellung des Halbleiterdies gemäß Nebenanspruch vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Vorgeschlagen wird ein Halbleiterdie, wobei der Halbleiterdie einen Halbleiterchip aufweist. Der Halbleiterchip umfasst ein piezoresistives Drucksensorelement und wenigstens ein kapazitives Beschleunigungssensorelement. Das piezoresistive Drucksensorelement ist seitlich des kapazitiven Beschleunigungssensorelements angeordnet.
  • Weiter wird ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterdies vorgeschlagen, wobei auf den Halbleiterwafer eine Isolationsschicht aufgebracht wird, wobei ein Abstand der monokristallinen Deckschicht durch Strukturierung der Isolationsschicht freigelegt wird, wobei durch Abscheiden von einem Halbleitermaterial eine Halbleiterschicht erzeugt wird, und wobei die Halbleiterschicht einen monokristallinen Abschnitt und einen polykristallinen Abschnitt aufweist.
  • Der vorgeschlagene Halbleiterdie und das vorgeschlagene Verfahren werden nunmehr anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • 1 einen Wafer;
    • 2 den Wafer aus 1 nach Prozessierung;
    • 3 den Wafer aus 2 nach Prozessierung;
    • 4 den Wafer aus 3 nach Prozessierung;
    • 5 den Wafer aus 4 nach Prozessierung;
    • 6 den Wafer aus 5 nach Prozessierung;
    • 7 den Wafer aus 6 nach Prozessierung;
    • 8 den Wafer aus 7 nach Bonden;
    • 9 den Wafer aus 8 nach Prozessierung;
    • 10 einen Sensor;
    • 11 ein Verfahren zur Herstellung des Sensors; und
    • 12 einen Sensor.
  • Der in der 1 dargestellte Wafer 100 umfasst ein Substrat 101, welches eine monokristalline Deckschicht aufweist. Bei dem Substrat 101 kann es sich beispielsweise um ein Siliziumsubstrat handeln. Auf dem Substrat 101 ist eine Isolationsschicht 102 aufgebracht. Bei der Isolationsschicht 102 kann es sich um eine Isolationsoxidschicht, insbesondere um eine Siliziumoxidschicht handeln. Auf der Isolationsschicht 102 ist eine Sensorfläche 103 aufgebracht. Bei der Sensorfläche kann es sich um eine Sensorfläche 103 aus Polysilizium handeln. Grundsätzlich ist es allerdings auch denkbar, die Sensorfläche 103 aus einem anderen Material herzustellen.
  • 2 zeigt einen Wafer 200, nachdem der Wafer 100 weiterprozessiert worden ist. Insbesondere wurde auf die Isolationsschicht 102 weiteres Isolationsmaterial aufgebracht, sodass die Isolationsschicht 102 auch die Sensorflächen 103 abdeckt. In der 3 ist die Isolationsschicht 202 als eine einzelne Isolationsschicht 202 gezeigt. Grundsätzlich ist es allerdings denkbar, nach dem Aufbringen der Isolationsschicht 102 ein anderes Material zu verwenden, sodass die Isolationsschicht 202 zwei Unterschichten aufweisen würde.
  • 3 zeigt einen Wafer 300, welcher aus einer weiteren Prozessierung des Wafers 200 hervorgegangen ist. Insbesondere zeigt die 3, dass die Isolationsschicht 302 strukturiert worden ist. Dabei wurde ein Abschnitt des Substrats mit der monokristallinen Deckschicht freigelegt. Im Zuge der Strukturierung sind in die Isolationsschicht 302 Vertiefungen 304 eingebracht worden.
  • Nach der Strukturierung der Isolationsschicht 302 wird durch Abscheiden von einem Halbleitermaterial eine Halbleiterschicht 405, 406 erzeugt, wie sie in 4 gezeigt ist. Die Halbleiterschicht weist einen monokristallinen Abschnitt 405 und einen polykristallinen Abschnitt 406 auf. Insbesondere kann der Abscheidungsprozess so gewählt sein, dass im monokristallinen Abschnitt 405, ausgehend von der bei der Strukturierung der Isolationsschicht freigelegten monokristallinen Deckschicht, die Halbleiterschicht epitaktisch wächst und die Abscheidung auf der Isolationsschicht 304 zu einem polykristallinen Wachstum führt. Zur Herstellung der Halbleiterschicht kann beispielsweise Silizium abgeschieden werden.
  • Im Anschluss an die Abscheidung des Halbleitermaterials kann eine Einebnung der Deckfläche das Wafers 400 vorgesehen sein. Dies kann beispielsweise durch chemical mechanical polishing (CMP) erreicht werden. Die Dicke der abgeschiedenen Halbleiterschicht kann mehr als 10 µm, insbesondere mehr als 15 µm, betragen. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Dicke der Halbleiterschicht weniger als 35 µm, insbesondere weniger als 25 µm, beträgt. Beispielsweise kann die Dicke der Halbleiterschicht 405, 406 in etwa 20 µm betragen.
  • In der 5 ist der Halbleiterwafer 500 gezeigt, der erhalten wird, nachdem in den Halbleiterwafer 400 Gräben 507 zur Herstellung einer vergrabenen Kavität eingebracht worden sind.
  • Nach Tempern des Wafers in einer Wasserstoffatmosphäre (H2-Annealing) wird der in 6 gezeigte Wafer 600 mit einer vergrabenen Kavität 608 erhalten. Das Verfahren, vergrabene Kavitäten 608 durch die Herstellung tiefer Gräbern 507 und anschließendes Tempern zu erhalten, wird auch als Venezia-Prozess bezeichnet.
  • In der 7 ist der Wafer 700 gezeigt, nachdem durch Strukturieren des polykristallinen Abschnitts und nachfolgendes Freiätzen die Beschleunigungsmasse 709 des Beschleunigungssensorelements freigelegt worden ist. Die Vertiefungen 304 führen zu Vorsprüngen 704, die bei einer Bewegung der Beschleunigungsmasse 709 ein Anhaften der Beschleunigungsmasse 709 an den Sensorflächen 103 verhindern. Weiter ist eine Kontaktierungssfläche 710 dargestellt, über welche eine elektrische Verbindung zu dem Beschleunigungssensorelement hergestellt werden kann. Der Druck innerhalb der vergrabenen Kavität 608 entspricht dem Druck, bei welchem der Wafer 500 getempert worden ist. Typischerweise beträgt dieser Druck weniger als 100 mbar, insbesondere weniger als 20 mbar. Beispielsweise kann der Druck innerhalb der vergrabenen Kavität 13 mbar betragen.
  • Nach der Herstellung der vergrabenen Kavität 608 kann die oberhalb der Kavität 608 entstandene Membran gezielt implantiert werden, um aus dieser ein piezoresistives Drucksensorelement zu bilden.
  • Im Anschluss an die in 7 gezeigte Freistellung der Beschleunigungsmasse 709 kann ein Abdeckwafer 811 an den prozessierten Wafer 700 gebondet werden. Damit wird der in 8 gezeigte Wafer 800 erhalten, in welchem eine Beschleunigungssensorelementkavität 812 gebildet ist. Der Druck innerhalb der Beschleunigungssensorelementskavität 812 entspricht dem Druck beim Bonden des Abdeckwafers 811 an den Wafer 700. Dieser Druck kann eingestellt werden. Typischerweise kann der Druck innerhalb der Beschleunigungssensorelementkavität 812 mehr als 500 mbar, insbesondere mehr als 900 mbar, betragen. Dieser Druck kann ausreichend sein, um eine Bewegung der Beschleunigungssensorelementmasse 709 ausreichend zu dämpfen.
  • 9 zeigt ein Halbleiterdie 900, der nach Teilen des Wafers 800 erhalten wird. Der Halbleiterdie weist einen Abdeckchip 911 und einen Halbleiterchip 916 auf. Die Höhe des Halbleiterchips 916 kann weniger als 500 µm, insbesondere weniger als 350 µm, betragen. Bevorzugt beträgt die Dicke des Halbleiterchips in etwa 300 µm. Die Dicke 917 des Abdeckchips 911 kann weniger als 250 µm, insbesondere weniger als 200 µm, betragen. In dem in der 9 gezeigten Beispiel kann die Dicke 917 des Abdeckchips 911 zum Beispiel in etwa 150 µm betragen.
  • Von der Rückseite des Halbleiterchips 916 aus ist eine Durchgangsöffnung 913 eingebracht worden, um eine Verbindung der Oberfläche der Membran des piezoresistiven Drucksensorselements 915 mit dem Umgebungsdruck zu ermöglichen.
  • Das kapazitive Beschleunigungssensorelement 914 kann dazu eingerichtet sein, Beschleunigungen in einer zur Richtung des Substrats 101 senkrechten Richtung zu messen. In vergleichbarer Weise ist es allerdings auch denkbar, das Beschleunigungssensorelement 914 so auszugestalten, dass es durch Bewegung einer Beschleunigungssensorelementmasse in einer Richtung parallel zur Oberfläche des Substrats Beschleunigungen messen kann. Insbesondere kann die Empfindlichkeit von Beschleunigungssensorelementen 914 in der Ebene des Halbleiterchips in etwa gleich groß sein wie die Empfindlichkeit eines Beschleunigungssensorelements 914 in einer Richtung senkrecht dazu. Im Unterschied zu piezoresistiven Beschleunigungssensorelementen kann somit ein Sensor zur Verfügung gestellt werden, der in alle drei Raumrichtungen eine im Wesentlichen gleiche Empfindlichkeit aufweist. Weiter können mehrere Beschleunigungssensorelemente 914 vorgesehen sein, die Beschleunigungen nicht nur in einer Richtung, sondern auch um eine Achse messen können. Weiter erlaubt es der piezoresistive Drucksensor, Drücke auch bei geringer Bewegung der Membran zu bestimmen. Insbesondere kann auf eine Abdeckung des Drucksensorelements 915 mit einem Gel verzichtet werden.
  • 10 zeigt einen Sensor 1000, welcher den Halbleiterdie 900 umfasst. Der Halbleiterdie 900 ist mit einem Klebstoff 1019 mit einem Leadframe 1018 verbunden. Auf der Oberseite des Halbleiterdies 900 ist mit einem Klebstoff 1021 ein Ansteuerungschip 1020 angebracht. Der Ansteuerungschip 1020 kann insbesondere integrierte Halbleiterschaltkreise aufweisen, die zur Auswertung der Signale des piezoresistiven Drucksensorelements 915 und des kapazitiven Beschleunigungssensorelements 914 dienen können. Zu diesem Zweck sind Kontaktierungsflächen 1022, 1023, 1026 vorgesehen, um mithilfe von Bondingdrähten 1024, 1025 elektrische Verbindungen zwischen den verschiedenen Chips herzustellen.
  • 11 zeigt einen weiteren Sensor kurz vor dessen Fertigstellung. Wie der Sensor 1000 zeigt der in 11 dargestellte Sensor ein Substrat 1101, eine Isolationsschicht 1102, eine Sensorfläche 1103, ein polykristallines Halbleitermaterial 1106, eine vergrabene Kavität 1108, eine Beschleunigungssensorelementmasse 1109, eine Kontaktierungsfläche 1110, eine Beschleunigungssensorelementkavität 1112, einen Abdeckchip 1111, ein kapazitives Beschleunigungssensorelement 1114, ein piezoresistives Drucksensorelement 1115, eine Leadframe 1118, Klebstoff 1119, Kontaktierungsflächen 1122, 1123, Bondingdrähte 1124, 1125, eine Kontaktierungsfläche 1126, auf. Im Unterschied zu dem Sensor 1000 ist keine von der Rückseite des Halbleiterchips eingebrachte Durchgangsöffnung 913 vorgesehen.
  • 11 zeigt weiter eine obere Formhälfte 1127 und eine untere Formhälfte 1128, zwischen denen der Sensor angeordnet ist. Die Folie 1129 dient zur Abdichtung während des Einbringens eines Einkapselungsmaterials in die geschlossene Form.
  • 12 zeigt den Sensor nach dem Einbringen und Aushärten das Einkapselungsmaterials 1229. Die obere Formhälfte 1127 war dabei so gestaltet, dass der Bereich oberhalb des Drucksensorelements 1115 nicht mit dem Einkapselungsmaterial bedeckt wird, sodass sich eine Durchgangsöffnung 1213 gebildet hat, über die die Membran des Drucksensorelements 1115 mit dem Umgebungsdruck reagieren kann.
  • Die gezeigte Anordnung eines piezoresistiven Drucksensorelements 1115 und eines kapazitiven Beschleunigungssensorelements 1114 seitlich nebeneinander erlaubt, dass beide Elemente in einem gemeinsamen Halbleiterabscheidungsprozess herzustellen und gleichwohl von den jeweiligen Vorteilen des piezoresistiven Drucksensors und des kapazitiven Beschleunigungssensors zu profitieren. Darüber hinaus reduziert sich bei der parallelen Herstellung die Herstellungszeit für die Sensoren. Schließlich lassen sich die hier vorgeschlagenen Sensoren und Halbleiterdies mithilfe vorhandener Halbleiterverarbeitungsanlagen herstellen.

Claims (9)

  1. Halbleiterdie (900), wobei der Halbleiterdie (900) einen Halbleiterchip aufweist, wobei der Halbleiterchip ein piezoresistives Drucksensorelement (915) und wenigstens ein kapazitives Beschleunigungssensorelement (914) aufweist, wobei das piezoresistive Drucksensorelement (915) seitlich des kapazitiven Beschleunigungssensorelements (914) und in einer gleichen Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei das piezoresistive Drucksensorelement (915) eine aus einem monokristallinen Halbleitermaterial gefertigte Membran aufweist, wobei das Beschleunigungssensorelement (914) eine bewegliche Beschleunigungsmasse (709) aufweist, welche aus einem polykristallinen Halbleitermaterial gefertigt ist.
  2. Halbleiterdie (900) nach Patentanspruch 1, wobei das piezoresistive Drucksensorelement (915) eine vergrabene Kavität (608) aufweist.
  3. Halbleiterdie (900) nach Patentanspruch 2, wobei ein Gasdruck in der Kavität (608) weniger als 15 mbar beträgt.
  4. Halbleiterdie (900) nach einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei das Beschleunigungssensorelement (914) ein multiaxiales Beschleunigungssensorelement, insbesondere ein dreiaxiales Beschleunigungssensorelement, ist.
  5. Halbleiterdie (900) nach einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei der Halbleiterdie (900) einen Abdeckchip (911) aufweist, wobei der Abdeckchip (911) und der Halbleiterchip mittels Bonding miteinander verbunden sind.
  6. Halbleiterdie (900) nach Patentanspruch 5, wobei zwischen dem Halbleiterdie (900) und dem Abdeckchip eine Beschleunigungssensorelementkavität gebildet ist, in welcher die Beschleunigungsmasse (709) angeordnet ist.
  7. Halbleiterdie nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei der Abdeckchip einen integrierten Schaltkreis umfasst.
  8. Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterdies (900) nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei ein Halbleiterwafer (101) mit einer monokristallinen Deckschicht bereitgestellt wird, wobei auf den Halbleiterwafer eine Isolationsschicht (102, 202) aufgebracht wird, wobei ein Abschnitt der monokristallinen Deckschicht durch Strukturierung der Isolationsschicht freigelegt wird, wobei durch Abscheiden von einem Halbleitermaterial, insbesondere Silizium, eine Halbleiterschicht (405, 406) erzeugt wird, wobei die Halbleiterschicht einen monokristallinen Abschnitt (405) und einen polykristallinen Abschnitt (406) aufweist, wobei im monokristallinen Abschnitt eine vergrabene Kavität (608) erzeugt wird.
  9. Verfahren nach Patentanspruch 8, wobei im polykristallinen Abschnitt eine Beschleunigungsmasse strukturiert wird.
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10017976A1 (de) 2000-04-11 2001-10-18 Bosch Gmbh Robert Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
US20090229370A1 (en) 2006-06-13 2009-09-17 Denso Corporation Physical quantity sensor
US20100242603A1 (en) 2009-03-24 2010-09-30 Freescale Semiconductor, Inc. Vertically integrated mems sensor device with multi-stimulus sensing
US7972888B1 (en) 2010-03-11 2011-07-05 Memsensing Microsystems Technology Co., Ltd. Methods for manufacturing MEMS sensor and thin film and cantilever beam thereof with epitaxial growth process
US20150035093A1 (en) 2013-08-05 2015-02-05 Robert Bosch Gmbh Inertial and pressure sensors on single chip
US20150096376A1 (en) 2013-10-03 2015-04-09 Robert Bosch Gmbh Inertial and Pressure Sensors on Single Chip
US20160137491A1 (en) 2014-11-13 2016-05-19 Industrial Technology Research Institute Micro-electromechanical apparatus with multiple chambers and method for manufacturing the same
US20160167953A1 (en) 2013-03-15 2016-06-16 Versana Micro Inc. Monolithically integrated multi-sensor device on a semiconductor substrate and method therefor
US20170328800A1 (en) 2014-07-11 2017-11-16 Richtek Technology Corporation Combo micro-electro-mechanical system device and manufacturing method thereof

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100404904B1 (ko) * 2001-06-09 2003-11-07 전자부품연구원 차동 용량형 압력센서 및 그 제조방법
US7318349B2 (en) * 2005-06-04 2008-01-15 Vladimir Vaganov Three-axis integrated MEMS accelerometer
EP1945561B1 (de) * 2005-10-14 2018-10-24 STMicroelectronics Srl Substratscheibenmontage für ein integriertes bauelement, herstellungsverfahren dafür und verwandtes integriertes bauelement
JP5541306B2 (ja) * 2011-05-27 2014-07-09 株式会社デンソー 力学量センサ装置およびその製造方法
US9046546B2 (en) * 2012-04-27 2015-06-02 Freescale Semiconductor Inc. Sensor device and related fabrication methods
CN103712720B (zh) * 2014-01-02 2015-08-19 杭州士兰集成电路有限公司 电容式压力传感器和惯性传感器集成器件及其形成方法
US9970831B2 (en) * 2014-02-10 2018-05-15 Texas Instruments Incorporated Piezoelectric thin-film sensor
CN104944359B (zh) * 2014-03-25 2017-02-22 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 Mems器件及其形成方法
US9550668B1 (en) * 2015-08-25 2017-01-24 Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. Integrated MEMS pressure sensor and MEMS inertial sensor
US10273141B2 (en) * 2016-04-26 2019-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Rough layer for better anti-stiction deposition
US20190202685A1 (en) * 2017-12-29 2019-07-04 China Wafer Level Csp Co., Ltd. Chip package and chip packaging method
DE102018221108A1 (de) * 2018-12-06 2020-06-10 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Einstellen eines Drucks in einer mithilfe eines Substrats und einer Substratkappe ausgebildeten Kaverne, Halbleitersystem, insbesondere Wafersystem

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10017976A1 (de) 2000-04-11 2001-10-18 Bosch Gmbh Robert Mikromechanisches Bauelement und entsprechendes Herstellungsverfahren
US20090229370A1 (en) 2006-06-13 2009-09-17 Denso Corporation Physical quantity sensor
US20100242603A1 (en) 2009-03-24 2010-09-30 Freescale Semiconductor, Inc. Vertically integrated mems sensor device with multi-stimulus sensing
US7972888B1 (en) 2010-03-11 2011-07-05 Memsensing Microsystems Technology Co., Ltd. Methods for manufacturing MEMS sensor and thin film and cantilever beam thereof with epitaxial growth process
US20160167953A1 (en) 2013-03-15 2016-06-16 Versana Micro Inc. Monolithically integrated multi-sensor device on a semiconductor substrate and method therefor
US20150035093A1 (en) 2013-08-05 2015-02-05 Robert Bosch Gmbh Inertial and pressure sensors on single chip
US20150096376A1 (en) 2013-10-03 2015-04-09 Robert Bosch Gmbh Inertial and Pressure Sensors on Single Chip
US20170328800A1 (en) 2014-07-11 2017-11-16 Richtek Technology Corporation Combo micro-electro-mechanical system device and manufacturing method thereof
US20160137491A1 (en) 2014-11-13 2016-05-19 Industrial Technology Research Institute Micro-electromechanical apparatus with multiple chambers and method for manufacturing the same

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