DE2951504A1 - Verfahren zur herstellung einer gegebenenfalls einen bipolaren transistor aufweisenden integrierten schaltungsvorrichtung - Google Patents
Verfahren zur herstellung einer gegebenenfalls einen bipolaren transistor aufweisenden integrierten schaltungsvorrichtungInfo
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Description
before the
Möhlstraße 37 D-8000 München 80
Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkj d Telegramme: ellipsoid
2 0. Dez. 1979
SI-54P8O6-2 - Dr.F/rm
VLSI TECHNOLOGY RESEARCH ASSOCIATION
Kawasaki / Japan
Kawasaki / Japan
Verfahren zur Herstellung einer gegebenenfalls einen bipolaren Transistor aufweisenden integrierten Schaltungsvorrichtung
030026/0847
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer
Integrierten Schaltungevorrichtung, inabesondere einer integrierten
Schaltungevorrichtung mit einem isolierten bipolaren Transistor«
In Jüngster Zeit wurden integrierte Halbleiterschaltungen entwickelt, die sich mit fortschreitender Prozeßtechnik
einer inner weiter steigenden Fähigkeit zum Hochgeschwindigkeitsbetrieb und zur großdimensionierten Integration
erfreuen. Wesentliche Maßnahmen bei einer Prozeßtechnik, die sich auf die Verbesserung der Betriebegeschwindigkeit
von integrierten Halbleiterschaltungen beziehen, bestehen aus Maßnahmen zur Miniaturisierung und Oxidfilmisolierung,
die eine Senkung der Störkapazität und des Störwiderstands beeinträchtigen. Bei bipolaren Transistoren
sind beispielsweise die Emiltter/Baaie-Ubergangakapazität,
die Basis/Kollektor-Übergangskapazität, die Kollektor/ Subetrat-tJbergangekapazität, der Kollektorreihenwiderstand
und der Basiswiderstand die Hauptfaktoren zur Bestimmung der Sohaltgeechwindigkeit. Ein Hochgeschwindigkeitebetrieb
erfordert eine Verminderung dieser Faktoren. Da die zur Erreichung des Hochgeschwindigkeitsbetriebs und
einer großdimensionierten Integration notwendigen Techniken
offensichtlich kompliziert sind und in der Regel eine erhöhte Zahl von Bearbeitungsstufen erfordern, ist es
im Hinblick auf die Fähigkeit zur Massenproduktion und aus Xestengrlinden von wesentlicher Bedeutung, diese Einzelstufen
zu vereinfachen.
Aus "IEEE Journal of Solid-state Circuit", Band SC-I1,
Nr. k, August 1976, Seiten k95 bis k99, ist ein boree-
030026/0847
nisches Verfahren bekannt, bei welches eine gleichzeitige
Diffusion von Bor und Arsen (borsenisches Verfahren) aus
einer dotierten Oxidquelle erfolgt. Die Herstellung eines isolierten bipolaren Transistors durch ein solches borsenisches Verfahren ist im Hinblick auf die Einfachheit des
Verfahrene und das verbesserte Leistungsvermögen von Vorteil. Da jedoch eine mit As.O und B-O. dotierte SiO--Schicht als Verunreinigung» - bzw. zur Bildung von Emitter- und inneren Basisbereichen herangezogen wird, muß bei der Herstellung eines Emitterkontaktlochs durch selektive Entfernung der dotierten SiO^-Schicht um das Kontaktloch herum ein Rand gegebener Breite zur Maskenausrichtung festgelegt werden» Das Ergebnis davon ist, daß eine Verringerung der Emittergröße schwierig wird· Venn ferner zwischen dem Emitter und der Basis ein PN-Übergang in Kontakt mit einer Oxidinsel zur Isolierung steht, werden die Seiten der Oxidinsel ungewöhnlich stark geätzt, wobei beim Atzen zur Erzeugung des Emitterkontaktlochs der PN-Übergang freigelegt wird.
Die Folge ist ein Kurzschluß zwischen dem Emitter und der Basis. Bei der Herstellung der As3O^ und B..0» enthaltenden SiO2-Schicht wird SiO2 gleichzeitig mit beiden Verunreinigungen dotiert* Polglich lassen sich die Konzentrationen
dieser beiden Arten von Verunreinigungen in SiO. zwischen verschiedenen Loten kaum konstant steuern, so daß die
Tiefen der inneren Basis- und Emitterbereiche möglicherweise ungleichmäßig sind·
einer dotierten Oxidquelle erfolgt. Die Herstellung eines isolierten bipolaren Transistors durch ein solches borsenisches Verfahren ist im Hinblick auf die Einfachheit des
Verfahrene und das verbesserte Leistungsvermögen von Vorteil. Da jedoch eine mit As.O und B-O. dotierte SiO--Schicht als Verunreinigung» - bzw. zur Bildung von Emitter- und inneren Basisbereichen herangezogen wird, muß bei der Herstellung eines Emitterkontaktlochs durch selektive Entfernung der dotierten SiO^-Schicht um das Kontaktloch herum ein Rand gegebener Breite zur Maskenausrichtung festgelegt werden» Das Ergebnis davon ist, daß eine Verringerung der Emittergröße schwierig wird· Venn ferner zwischen dem Emitter und der Basis ein PN-Übergang in Kontakt mit einer Oxidinsel zur Isolierung steht, werden die Seiten der Oxidinsel ungewöhnlich stark geätzt, wobei beim Atzen zur Erzeugung des Emitterkontaktlochs der PN-Übergang freigelegt wird.
Die Folge ist ein Kurzschluß zwischen dem Emitter und der Basis. Bei der Herstellung der As3O^ und B..0» enthaltenden SiO2-Schicht wird SiO2 gleichzeitig mit beiden Verunreinigungen dotiert* Polglich lassen sich die Konzentrationen
dieser beiden Arten von Verunreinigungen in SiO. zwischen verschiedenen Loten kaum konstant steuern, so daß die
Tiefen der inneren Basis- und Emitterbereiche möglicherweise ungleichmäßig sind·
Der Erfindung lag nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer hochleistungsfähigen integrierten
Schaltungsvorrichtung zu schaffen, das nicht mit den geschilderten Nachteilen des borsenischen Verfahrens behaftet ist und bei verringerter Anzahl an Herstellungsstufen eine hohe Reproduzierbarkeit gewährleistet.
Schaltungsvorrichtung zu schaffen, das nicht mit den geschilderten Nachteilen des borsenischen Verfahrens behaftet ist und bei verringerter Anzahl an Herstellungsstufen eine hohe Reproduzierbarkeit gewährleistet.
* Fremdamtomquelle
030026/0847
■ν
Gegenstand der Erfindung iat somit «In Verfahren zur Herstellung
einer integrierten Schaltungavorrichtung, welches dadurch gekennzeichnet iat, daß man ein Halbleitersubstrat
mit eines isolierten ersten bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps herstellt, auf de« ersten Bereich selektiv
eine polykristalline Siliciumschicht (im folgenden einfach als "Poly-Si-Schicht" bezeichnet) mit einer Verunreinigung
des ersten Leitfähigkeitstyps ausbildet, in
den ersten bereich mit der Poly-Si-Schicht ein Ion einer Verunreinigung eines zweiten Leitfähigkeitetyps höheren
Diffusionskoeffizienten, als ihn die Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstype aufweist, implantiert und das
Substrat erwärmt, wobei die implantierte Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps in den ersten Bereich unter
Bildung eines zweiten Bereichs des zweiten Leitfähigkeitstyps und die Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps
in der Poly-Si-Schicht in den zweiten bereich unter Bildung eines dritten Bereichs des ersten Leitfähigkeitstyps
diffundiert.
Wenn die erhaltene integrierte Schaltungsvorrichtung einen bipolaren Transistor enthält, können die ersten, zweiten
und dritten Bereiche aus Kollektor-, Basis- und Emitterbereichen bestehen«
Zur Steuerung der Tiefe der zweiten und dritten Bereiche kann nach der Bildung der Poly-Si-Schicht eine Stufe nachgeschaltet
werden, in der auf der Oberfläche des ersten Bereichs mit der Poly-Si-Schicht eine Siliciumdioxidschicht
ausgebildet wird. Vorzugsweise bestehen die Verunreinigungen
der ersten und zweiten Leitfähigkeitatypen
aus Arsen bzw· bor«
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Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:
Pig.1A bia 1F Querschnitte, aus denen der Verfahrenaablauf
dea Verfahrene gemäß der Erfindung zur Herateilung eines durch eine Oxidinael isolierten bipolaren
Transistors eraiehtlioh ist;
Fig. 2 einen Querschnitt durch ein Beispiel eines bipolaren Transistors, der durch einen PN-Übergang isoliert
ist und bei dem das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt wird, und
. Feldeffekttransistors bzw· Sperrschicntwlderstands
(pinch-off resistor), bei dem das erfindungagemäOe
Verfahren durchgeführt wird.
Eine Ausführungsform dea erfindungagemäflen Verfahrene wird
nun anhand der Figuren IA bis 1F näher erläutert·
(1) Zunächst wird, wie aus Figur IA hervorgeht, in einem P'-Siliciumsubstrat 101 eine eingelassene- Schicht vom
n+-Typ 102 ausgebildet. Auf dem Substrat 101 wird eine
Epitaxialschicht vom n-Tvp 103 "It einem spezifischen Widerstand
pVG - 0,4fTcm und einer Stärke tyG sr 2,0 yum
erzeugt. Danach wird durch thermische Oxidation auf der epitaxialen Schicht 103 ein thermischer Oxidfilm ^0k einer
Stärke von 300 Jt gebildet. Auf der Oberseite des thermischen Oxidfilms 1OU wird schließlich nach, dem CVD-Verfahren
ein Siliciumnitridfilm 105 einer Stärke von 3000 1 erzeugt· Danach werden Bereiche des Siliciumnitridfilms
105 und des thermischen Oxidfilms ^0k entsprechend einem
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Bereich, in welchem später eine Siliciumdioxidinsel gebildet
werden soll, von der Oberfläche der epitaxialen Schicht 103 entfernt, wobei ein Siliciumnitridfilmmuster entsteht·
Nun werden unter Verwendung eines Resistmusters als Maske
Borionen an Stellen der Epitaxialschicht 103, »n denen,
wie später noch näher erläutert werden wird, Kanalschnittbereiche 107 gebildet werden sollen, in einer Menge von
1x10 cm" und bei hoher Spannung von 3OO kV implantiert·
Das erhaltene Gebilde wird hierauf 70 min lang unter Verwendung des Siliciumnitridfilmmusters als Maske in
feuchter Säuerstoffatmosphäre bei einer Temperatur von
1000 C und einem Druck von 9 atm behandelt· Hierbei werden gleichzeitig Siliciumdioxidinseln 106 einer Stärke von
etwa 2 um und die Kanalschnittbereiche 107 gebildet·
(2) Vie aus Figur 1B hervorgeht, werden der Siliciumnitridfilm
IO5 und der thermische Oxidfilm 104 selektiv
entfernt, wobei ein Teil bzw. Bereich der Epitaxialschicht
vom n-Typ 103 freigelegt wird· Danach wird bei einer Temperatur
von 1000°C gasförmiges Phosphoroxychlorid einwirken gelassen· Auf diese Weise wird Phosphor in hoher Konzentration
in den freigelegten Teil bzw. Bereich der epitaxialen Schicht 103 diffundieren gelassen, wobei eine Diffusionsschicht
vom η -Typ als Kollektorbereich 108 entsteht (vgl. später). Indem sie sich bis zu der eingelassenen,*
Schicht vom n+-Typ 102 erstreckt, vermag die Diffusionsschicht
vom η -Typ die Erhöhung des Reihenwiderstands des Kollektors zu hemmen· Da ein Bereich, an dem, wie später
noch erwähnt werden wird, Basis und Emitter gebildet werden sollen, mit dem Siliciumnitridfilm IO5 und dem thermischen
Oxidfilm 104 maskiert ist, wird der Phosphor an einer Diffusion in diesen Bereich gehindert·
* eingebetteten
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(3) Vie aus Figur IC hervorgeht, werden der Silicium»
nitridfiloi 105 und der thermische Oxidfilm 10*» entfernt,
worauf nach dem CVD-Verfahren ein polykristalliner SiIiciumfilm
(Poly-Si-FiIm) 109 mit Arsen von 5 χ 1020 ca"3
gebildet wird. Unter Verwendung eines Reslstmusters als
Maske wird der Poly-Si-Film 109 mit einem Gemisch aus HF +
HNO- + CH3COOH -ι- J2 geätzt und auf den Oberflächen <*r epitaxial
en Schicht und der Diffusionsschicht vom n*-Typ IO8 belassen, um, wie später noch erwähnt werden wird, als
Emitter- und Kollektorbereiche zu dienen» Danach wird der Poly-Si-Film 109 in feuchter Sauerstoffatmosphäre 25 min
lang bei niedriger Temperatur (9000C) oxidiert, so daß das
in dem Film 109 enthaltene Arsen kaum in den Siliciumkörper diffundieren kann. Im Ergebnis werden auf der Epitaxialschicht
vom n-Typ 103 und dem Poly-Si-Film 109 ein SiO2-FiIm 110 einer Stärke von 700 A* bzw. ein SiO2-FiIm
110* einer Stärke von 30OO X gebildet·
(4) Figur ID zeigt, daß auf der gesamten Oberfläche
15 -2 Borionen 111 von I70 keV in einer Menge von 1 χ 10 cm
implantiert werden. Hierbei ist die Spitzenlage der Borionenverteilung etwa 4600 % von der Oberfläche des SiO2-FiIms
110 entfernt· Danach wird das erhaltene Gebilde in einer Stickstoffatmoephäre etwa 20 min lang auf eine Temperatur
von 10000C erhitzt· Der Diffusionskoeffizient von Arsen in dem Poly-Si-Film 109 beträgt bei einer Temperatur
von 1OOO°C etwa 1,1 χ 10~13 cm2/s, während der Diffu-
-12 sionskoeffizient von Bor im selben Film 109 etwa 1 χ 10
cm /s beträgt. Folglich hat die Borverteilung die Arsenverteilung
in einem Bereich gerade unter dem Poly-Si-Film 109 Überholt, wobei ein interner oder innerer Basisbereich
112 entsteht· Danach wird auf dem inneren bzw· internen
Basisbereich 112 ein Emitterbereich 113 gebildet
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(Figur IE). Vie Figur IE zeigt, erfährt daa in den SiO2-FiIm
110 und den oberflächlichen Teil der epitaxialen Schicht 103 implantierte Bor eine Diffusion, vobei ein
äußerer oder externer Basisbereich 1ΐΊ entsteht. Die
Diffusionstiefen des Eaitterbereichs 113, des internen
oder inneren Basisbereichs 112 und des externen oder äuße· ren Basisbereichs 114 betragen X._ = 0,3 Aim, X » 0,5
ρ m bzw. XjB, ■ 0,85 jam,
(5) Schließlich werden in dem Oxidfilm 110 auf den Basisbereich 114, des Oxidfila 110* Über des Emitterbereich
113 und de· Oxidfila 110' über dea Kollektorbereich
108 ein Baeiskontaktloch II5, ein Eaitterkontaktloch II6
und ein Kollektorkontaktloch 117 eröffnet, worauf sur
Vervollständigung eines bipolaren Transistors (Figur IF)
getrennt Aluainiuaelektroden 118, 119 und 120 hergestellt werden.
Das erfindungsgemaße Verfahren der beschriebenen Art besitzt
gegenüber dem bekannten borsenisohen Verfahren folgende
Vorteilet
1. Erfindungsgeaäß werden die Verunreinigungen zur
tii1dung der internen bzw. inneren und äußeren bzw. externen
Basisbereiche 112 und 114 auf einmal durch ßorioneniaplantation
zugeführt. Bei dem borsenischen Verfahren wird andererseits die Verunreinigung für die interne
bzw. innere Basis aus einer Α·2°3 und B2°3 enthaltenden
Si0_-Schicht zugeführt. Die Zufuhr der Verunreinigung
für die äußere bzw. externe Basis erfordert eine getrennte vorherige Ablagerung von Bor. Somit lassen sich also
im Rahmen des Verfahrens gemäß der Erfindung im Vergleich
zu dem borsenischen Verfahren die ilerstellungsstufen verringern*
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2. Da da· borsenische Verfahren al· Verunreinigungslieferant gleichzeitig alt beiden Arten von Verunreinigungen
dotiertes Ulas verwendet, bereitet es Schwierigkeiten,
die Verunreinigungskonzentrationen zwischen verschiedenen Loten zu steuern» Erfindung·gemäß wird dagegen
keine solche Verunreinigungequelle verwendet· Obwohl erfindungsgemäß die Poly-Si-Schicht 109 getrennt mit Arsen
und Bor dotiert wird, ist die Konzentrationssteuerung für diese Verunreinigungen einfach, so daß die Tiefen der
inneren oder internen Basis- und Emitterbereiche gleichmäßig gemacht werden können·
3. Erfindung·gemäß kann die Bit Arsen dotierte Poly-Si-Schicht
109 als Leiter zur Verbindung der Emitterelektrode mit dem Emitterbereich sowie als Diffusionsquelle
zur Bildung des Emitters dienen, so daß die Verkleinerung des Emitterbereichs erleichtert wird· Bei dem borsenischen
Verfahren muß andererseits ein Teil der Arsen und Bor enthaltenden SiO^-Schicht zur Ausbildung der Öffnung
für den Emitterkontakt entfernt werden· Auf diese Weise läßt sich der Emitterbereich nicht verringern«
k. Erfindung·gemäß wird der SiO2-PiIm 110 selektiv
durch'Ätzen entfernt, bevor die Emitterelektrode 119 gebildet
wird (vgl· Figuren 1E und 1F). Bei diesen Atzmaßnahmen
besteht jedoch keine Gefahr, daß die Siliciumdioxidinael 106 so weit geätzt wird, daß der PN-Übergang
zwischen Emitter und Basis freigelegt wird· Dies ist auf das Vorhandensein der Poly-Si-Schicht 109 zurückzuführen.
Andererseits besteht bei dem borsenischen Verfahren, bei dem keine Poly-Si-Schicht 109 benutzt wird, die Gefahr
einer außerordentlich starken Ätzung.
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Das erfindungegemäße Verfahren ist nicht auf die Herstellung
eines bipolaren Transistors, bei dem man (vie bei der beschriebenen AusfUhrungsform) die Isolierung mit Hilfe
von Oxidinseln 1O6 erreicht, beschränkt· Wie beispielsweise
aus Figur 2 hervorgeht, läßt sich auch ein bipolarer Transistor mit PN-Übergangsisolierungt bei dem Elementbereiche
durch ρ -Kanalschnittbereiche 107 isoliert sind, herstellen. In Figur 2 bedeuten gleiche Bezugszahlen dieselben
Teile vie in Figur 1F. Das erfindungsgemäße Verfahren
eignet sich auch zur Herstellung eines Übergangs.-FETs
(J. FET) gemäß Figur 3. Auch in Figur 3 stehen dieselben
Bezugszahlen für gleiche Teile wie in Figur 1F. Mit der Bezugazahl 201 ist ein Poly-Si-Film bezeichnet, der mit
Arsen und Bor dotiert ist (der Borzusatz erfolgt durch Ionenimplantation). Durch die Bezugszahl 202 ist eine
durch Diffusion von Arsen erzeugte η -Diffusionsschicht bezeichnet. Mit der Bezugszahl 203 ist eine durch Diffusion
von Bor aus der Poly-Si-Schicht 201 gebildete Kanalbereichsschicht
vom p-Typ bezeichnet. Die Bezugszahlen 2.0h und 205 bezeichnen durch Diffusion des durch den SiO2-FiIm
110 implantierten Bors gebildete ρ -Source - und ρ -
Drainbereiche. Die Zufuhr sämtlicher Verunreinigungen
zur Bildung des Kanalbereichs vom p-Typ 203 und der ρ -
Source - und ρ+-- Drainbereiche 2.0h und 205 erreicht man
durch eine einzige JJorimplantation. Ohne grundsätzliche
!Änderung der Anordnung läßt sich das in Figur 3 dargestellte Gebilde auch als Pinch-off-Widerstand vom p-Typ (ptype
pinch-off resistor) verwenden. In diesem Falle dient der Bereich 203 al& Pinch-off-Widerstand (pinch-off resistance),
die Bereiche ZOh und 205 entsprechen den p+-Kontaktbereichen.
Bei einer derartigen Bauweise kann man einen großen Widerstand mit Hilfe einer sehr kleinen Fläche gestalten.
0*0026/0847
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung einer Integrierten Schaltungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß man ein HaIbleitersubstrat
mit einem isolierten ersten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyp· herstellt, auf diesem
Bereich selektiv eine polykristalline Siliciumschicht mit einer Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstyps
ausbildet» in den Bereich mit der polykristallinen Siliciumschicht ein lon einer Verunreinigung
eines zweiten Leitfähigkeitstyps höheren Diffusionskoeffizienten,
als ihn die Verunreinigung des ersten Leitfähigkeitstype aufweist, implantiert und das
Substrat erwärmt, wobei die implantierte Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps in den ersten Bereich
diffundiert, um einen zweiten tiereich des zweiten Leitfähigkeitstyps zu bilden, und die Verunreinigung
des ersten Leitfähigkeitstyps in der polykristallinen Siliciumschicht in den zweiten Bereich diffundiert,
um einen dritten Bereich des ersten Leitfähigkeit« typs zu bilden,
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verunreinigungen der ersten und zweiten
Leitfähigkeitstypen Arsen bzw. Bor verwendet.
3. Verfahren zur Herstellung einer integrierten Schaltungsvorrichtung
mit einem bipolaren Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Siliciumsubstrat
mit einem isolierten ersten Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps herstellt, auf dem Bereich selektiv
eine polykristalline Siliciumschicht mit einer
030026/0847
ORIGINAL INSPECTED
295150A
Verunreinigung; des ersten Leitfähigkeitetyps ausbildet,
auf der Oberfläche dieses Bereichs mit der polykristallinen Siliciumschicht eine Siliciumdioxidschicht ausbildet,
in den bereich mit der polykristallinen Siliciumschicht und der Siliciumdioxidschicht ein Ion
einer Verunreinigung eines zweiten Leitfähigkeitstyps höheren Diffusionskoeffizienten, als ihn die Verunreinigung
des ersten Leitfähigkeitstype aufweist, implantiert,
das Substrat erwärmt, wobei die implantierte Verunreinigung des zweiten Leitfähigkeitstyps in den
ersten Bereich diffundiert, um einen zweiten Bereich des zweiten Leitfähigkeitstype zu bilden, und die Verunreinigung
des ersten Leitfähigkeitstype in der polykristallinen Siliciumschicht in den zweiten Bereich
diffundiert, um einen dritten Bereich des ersten Leitfähigkeitetyps
zu bilden, und eine an den ersten Bereich angeschlossene Kollektorelektrode, eine an den zweiten
Bereich angeschlossene Basiselektrode und eine an den dritten Bereich angeschlossene Emitterelektrode
erstellt.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß man als Verunreinigungen der ersten und zweiten
Leitfähigkeitstypen Arsen bzw· Bor verwendet.
030026/0847
Applications Claiming Priority (1)
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