JP2005217288A - Method of manufacturing electro-optical apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電気光学装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electro-optical device.
従来、単結晶シリコン基板(あるいは石英基板)上に埋め込みシリコン酸化膜と単結晶シリコン層とが順次積層された構造のSOI(Silicon On Insulator)基板が知られている。このような構成のSOI基板を用いて単結晶シリコン層にトランジスタ集積回路を作り込む場合、各トランジスタを相互に絶縁分離する方法の1つとしてメサ型分離法がある。この分離法は、トランジスタを形成する領域を除いた領域の単結晶シリコン層を全て除去する方法であり、製造が容易かつ分離領域も狭くできるといった特徴を有しているため多用されている。また、このようにして分離形成された単結晶シリコン層を用いたトランジスタは、各種電気光学装置におけるスイッチング素子などとして好適に用いられている。 Conventionally, an SOI (Silicon On Insulator) substrate having a structure in which a buried silicon oxide film and a single crystal silicon layer are sequentially stacked on a single crystal silicon substrate (or quartz substrate) is known. In the case where a transistor integrated circuit is formed in a single crystal silicon layer using an SOI substrate having such a structure, there is a mesa type separation method as one of methods for insulating and isolating transistors from each other. This isolation method is a method of removing all of the single crystal silicon layer in a region excluding a region where a transistor is to be formed, and is widely used because it has a feature that it can be easily manufactured and the isolation region can be narrowed. In addition, a transistor using the single crystal silicon layer separated and formed in this manner is suitably used as a switching element or the like in various electro-optical devices.
前記の単結晶シリコン層を用いてトランジスタを形成する場合、通常は、単結晶シリコン層を熱酸化し、その表面上にシリコン酸化膜からなる熱酸化膜を形成してこれをゲート絶縁膜としている(例えば、特許文献1および2参照。)。
ところが、石英基板のように単結晶シリコン層と熱膨張係数が大きく異なる絶縁基板上に埋め込みシリコン酸化膜と単結晶シリコン層とを順次積層させた構造の基板の場合、特許文献1および2に開示されているように、高温の熱処理による熱酸化膜の形成を行うと、絶縁基板と単結晶シリコン層との熱膨張係数の違いにより、単結晶シリコン層に格子スリップなどの大幅な欠陥が発生する確率が高くなっていた。
また、このような欠陥の発生は、熱酸化膜の形成に限られることなく、絶縁基板と単結晶シリコン層との貼り合わせ以後であって高温の熱処理を行う工程であれば、どの工程にでも発生する恐れがあった。
However, in the case of a substrate having a structure in which a buried silicon oxide film and a single crystal silicon layer are sequentially laminated on an insulating substrate having a thermal expansion coefficient that is significantly different from that of a single crystal silicon layer, such as a quartz substrate, the disclosure is disclosed in
Further, the occurrence of such defects is not limited to the formation of a thermal oxide film, and any process can be used as long as it is a process in which high-temperature heat treatment is performed after the insulating substrate and the single crystal silicon layer are bonded to each other. There was a risk of occurrence.
上記欠陥を有する単結晶シリコン層を用いて形成された素子は、所定の性能を発揮することができないという問題があった。例えば素子としてトランジスタを例に挙げると、欠陥が発生することにより、そのスイッチ機能を発揮できなくなる(オフ電流が大幅に上昇し、オン電流が低下する)という問題があった。 An element formed using the single-crystal silicon layer having the defect has a problem that it cannot exhibit a predetermined performance. For example, when a transistor is taken as an example of an element, there is a problem that a defect occurs and the switch function cannot be exhibited (the off-current is significantly increased and the on-current is decreased).
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、単結晶シリコン層における欠陥の発生を防止することにより、単結晶シリコン層に形成される素子の不良品発生率を低下させることができる電気光学装置の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and reduces the occurrence rate of defective products of elements formed in a single crystal silicon layer by preventing the occurrence of defects in the single crystal silicon layer. An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electro-optical device.
上記目的を達成するために、本発明の電気光学装置の製造方法は、絶縁性を有する支持基板に単結晶半導体層を貼り合わせる基板形成工程と、単結晶半導体層に薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、を有し、ゲート電極形成工程以後に行われる熱処理温度を950℃以下とすることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a method of manufacturing an electro-optical device according to the present invention includes a substrate forming step in which a single crystal semiconductor layer is bonded to an insulating support substrate, and a gate insulating film of a thin film transistor is formed on the single crystal semiconductor layer. And a gate electrode forming step of forming a gate electrode on the gate insulating film, and a heat treatment temperature performed after the gate electrode forming step is 950 ° C. or lower.
上記の構成を実現するために、より具体的には、ゲート電極形成工程以後に行われる熱処理温度を850℃以下とすることが望ましい。 More specifically, in order to realize the above-described configuration, it is desirable that the heat treatment temperature performed after the gate electrode formation step is 850 ° C. or lower.
すなわち、本発明の電気光学装置の製造方法によれば、ゲート電極の形成後には、950℃より高い温度を加える熱処理を行わないため、支持基板と単結晶半導体層との熱膨張係数の違いによる、単結晶半導体層に働く応力が小さくなり、単結晶半導体層中の格子スリップなどの欠陥発生を防止することができる。その結果、単結晶半導体層を用いる薄膜トランジスタの不良品(スイッチ機能不良)発生率を低下させることができる。
ここで、支持基板および単結晶半導体層として石英基板および単結晶シリコン層を用い、ゲート電極形成後の熱処理温度条件のみを変えて薄膜トランジスタを形成した、発明者による実験結果によると、ゲート電極形成後の熱処理温度が従来の略1000℃の場合と、950℃の場合とを比較すると、熱処理温度が950℃の場合の方が薄膜トランジスタの不良品発生率(単結晶半導体層中の欠陥発生率)が少なくなることが明らかとなっている。また、ゲート電極形成後の熱処理温度が950℃の場合と、850℃の場合とを比較すると、熱処理温度が850℃の場合の方が、薄膜トランジスタの不良品発生率は一桁少なくなっている。
That is, according to the method for manufacturing an electro-optical device of the present invention, after the gate electrode is formed, heat treatment that applies a temperature higher than 950 ° C. is not performed, and therefore, due to a difference in thermal expansion coefficient between the support substrate and the single crystal semiconductor layer. The stress acting on the single crystal semiconductor layer is reduced, and the occurrence of defects such as lattice slip in the single crystal semiconductor layer can be prevented. As a result, the incidence of defective products (switch function failures) of thin film transistors using a single crystal semiconductor layer can be reduced.
Here, according to the results of experiments by the inventors, a thin film transistor was formed using a quartz substrate and a single crystal silicon layer as a supporting substrate and a single crystal semiconductor layer and changing only the heat treatment temperature conditions after the gate electrode was formed. When the heat treatment temperature of the conventional heat treatment temperature is approximately 1000 ° C. and the case of 950 ° C., the defective product occurrence rate (defect occurrence rate in the single crystal semiconductor layer) of the thin film transistor is higher when the heat treatment temperature is 950 ° C. It is clear that it will decrease. Further, comparing the case where the heat treatment temperature after the formation of the gate electrode is 950 ° C. with the case where the heat treatment temperature is 850 ° C., the defective product occurrence rate of the thin film transistor is reduced by an order of magnitude when the heat treatment temperature is 850 ° C.
上記の構成を実現するために、より具体的には、ゲート絶縁膜形成工程において、ゲート絶縁膜が単結晶半導体層に熱処理を施すことにより形成され、熱処理の温度を850℃以下としてもよい。
この構成によれば、ゲート絶縁膜の形成時の熱処理温度が850℃以下であるので、支持基板と単結晶半導体層との熱膨張係数の違いによる、単結晶半導体層に働く応力が小さくなり、単結晶半導体層中の格子スリップなどの欠陥発生を防止することができる。その結果、単結晶半導体層を用いる薄膜トランジスタの不良品(スイッチ機能不良)発生率を低下させることができる。
In order to realize the above structure, more specifically, in the gate insulating film formation step, the gate insulating film may be formed by performing heat treatment on the single crystal semiconductor layer, and the temperature of the heat treatment may be 850 ° C. or lower.
According to this configuration, since the heat treatment temperature when forming the gate insulating film is 850 ° C. or less, the stress acting on the single crystal semiconductor layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the support substrate and the single crystal semiconductor layer is reduced, Generation of defects such as lattice slip in the single crystal semiconductor layer can be prevented. As a result, the incidence of defective products (switch function failures) of thin film transistors using a single crystal semiconductor layer can be reduced.
上記の構成を実現するために、より具体的には、単結晶半導体層の所定領域に、単結晶半導体層を所定の導電型半導体層とする不純物を導入する導入工程と、導入された不純物に熱処理を施して活性化する活性化工程と、を有し、活性化工程における熱処理温度を850℃以下としてもよい。
この構成によれば、活性化工程における熱処理温度は850℃以下であるので、支持基板と単結晶半導体層との熱膨張係数の違いによる、単結晶半導体層に働く応力が小さくなり、単結晶半導体層中の格子スリップなどの欠陥発生を防止することができる。
In order to realize the above-described configuration, more specifically, an introduction step of introducing an impurity that makes the single crystal semiconductor layer a predetermined conductivity type semiconductor layer into a predetermined region of the single crystal semiconductor layer; An activation step of performing activation by heat treatment, and the heat treatment temperature in the activation step may be 850 ° C. or lower.
According to this configuration, since the heat treatment temperature in the activation process is 850 ° C. or lower, the stress acting on the single crystal semiconductor layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the support substrate and the single crystal semiconductor layer is reduced, and the single crystal semiconductor Generation of defects such as lattice slip in the layer can be prevented.
上記の構成を実現するために、より具体的には、ゲート電極形成工程後に、薄膜トランジスタと電気的に接続される容量電極と、導電性材料から形成された容量線と、容量電極および容量線を絶縁する容量絶縁膜と、からなる蓄積容量を形成する容量形成工程を有し、容量形成工程における、容量絶縁膜形成時の焼成温度を850℃以下としてもよい。
この構成によれば、容量絶縁膜形成時の焼成温度が850℃以下であるので、支持基板と単結晶半導体層との熱膨張係数の違いによる、単結晶半導体層に働く応力が小さくなり、単結晶半導体層中の格子スリップなどの欠陥発生を防止することができる。
In order to realize the above-described configuration, more specifically, after the gate electrode formation step, a capacitor electrode electrically connected to the thin film transistor, a capacitor line formed of a conductive material, a capacitor electrode and a capacitor line are provided. A capacitor forming step for forming a storage capacitor comprising a capacitor insulating film to be insulated may be provided, and the firing temperature at the time of forming the capacitor insulating film in the capacitor forming step may be 850 ° C. or lower.
According to this configuration, since the firing temperature at the time of forming the capacitive insulating film is 850 ° C. or lower, the stress acting on the single crystal semiconductor layer due to the difference in thermal expansion coefficient between the support substrate and the single crystal semiconductor layer is reduced. Generation of defects such as lattice slip in the crystalline semiconductor layer can be prevented.
上記の構成を実現するために、より具体的には、単結晶半導体層には、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域が形成されるとともに、ソース領域とドレイン領域には、各々、不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と相対的に低い低濃度領域とが形成され、低濃度領域のシート抵抗が60kΩ/□以下とされてもよい。 In order to realize the above structure, more specifically, a source region, a channel region, and a drain region are formed in the single crystal semiconductor layer, and the impurity concentration is relative to each of the source region and the drain region. Highly high concentration regions and relatively low low concentration regions may be formed, and the sheet resistance of the low concentration regions may be 60 kΩ / □ or less.
上記の構成を実現するために、より具体的には、単結晶半導体層には、ソース領域、チャネル領域、ドレイン領域が形成されるとともに、ソース領域とドレイン領域には、各々、不純物濃度が相対的に高い高濃度領域と相対的に低い低濃度領域とが形成され、低濃度領域のシート抵抗が40kΩ/□以下とされることが望ましい。
この構成によれば、低濃度領域のシート抵抗が60kΩ/□以下となるように形成されているので、薄膜トランジスタの不良品(スイッチ機能不良)発生率を低下させることができる。
ここで、単結晶半導体層として膜厚50nmの単結晶シリコン層を用いて、低濃度領域のシート抵抗のみを変えて薄膜トランジスタを形成した、発明者の実験結果によると、低濃度領域のシート抵抗が従来の60kΩ/□よりも大きい場合と、60kΩ/□以下の場合とを比較すると、低濃度領域のシート抵抗が60kΩ/□以下の場合の方が薄膜トランジスタの不良品発生率(単結晶半導体層中の欠陥発生率)が少なくなることが明らかとなっている。また、低濃度領域のシート抵抗が60kΩ/□の場合と、40kΩ/□の場合とを比較すると、低濃度領域のシート抵抗が40kΩ/□の場合の方が、薄膜トランジスタの不良品発生率は略半分となっている。
In order to realize the above structure, more specifically, a source region, a channel region, and a drain region are formed in the single crystal semiconductor layer, and the impurity concentration is relative to each of the source region and the drain region. It is desirable that a high concentration region and a relatively low low concentration region are formed, and the sheet resistance of the low concentration region is 40 kΩ / □ or less.
According to this configuration, since the sheet resistance in the low-concentration region is formed to be 60 kΩ / □ or less, it is possible to reduce the incidence of defective thin film transistors (switch function failures).
Here, according to an experiment result of the inventor who uses a single crystal silicon layer with a film thickness of 50 nm as a single crystal semiconductor layer and forms a thin film transistor by changing only the sheet resistance in the low concentration region, the sheet resistance in the low concentration region is Comparing the case where it is larger than the conventional case of 60 kΩ / □ and the case of 60 kΩ / □ or less, the case where the sheet resistance in the low-concentration region is 60 kΩ / □ or less is the defective product occurrence rate of the thin film transistor It has been clarified that the defect occurrence rate) is reduced. Further, when the sheet resistance in the low concentration region is 60 kΩ / □ and the case in which the sheet resistance in the low concentration region is 40 kΩ / □, the defective product occurrence rate of the thin film transistor is substantially lower when the sheet resistance in the low concentration region is 40 kΩ / □. It is half.
以下、本発明の実施の形態である液晶表示装置について図1から図5を参照して説明する。
図1は、液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素における各種素子、配線等の等価回路である。図2は、データ線、走査線、画素電極等が形成されたTFTアレイ基板の相隣接する複数の画素群の平面図である。図3は、図2のA−A´断面図である。また、各図においては、各層・各部材を図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各層・各部材ごとに縮尺を異ならせてある。
図1において、液晶表示装置の画像表示領域を構成するマトリクス状に形成された複数の画素には、それぞれ、画素電極9aと画素電極9aをスイッチング制御するためのTFT(Thin Film Transistor、薄膜トランジスタ)30とが形成されており、画像信号が供給されるデータ線6aがTFT30のソースに電気的に接続されている。
Hereinafter, a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 is an equivalent circuit of various elements, wirings, and the like in a plurality of pixels formed in a matrix that forms an image display area of a liquid crystal display device. FIG. 2 is a plan view of a plurality of pixel groups adjacent to each other on a TFT array substrate on which data lines, scanning lines, pixel electrodes and the like are formed. 3 is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. Moreover, in each figure, in order to make each layer and each member large enough to be recognized on the drawing, the scale is varied for each layer and each member.
In FIG. 1, each of a plurality of pixels formed in a matrix that forms an image display area of a liquid crystal display device includes a
データ線6aに書き込む画像信号S1、S2、・・・、Snは、この順に線順次に供給されてもよいし、相隣接する複数のデータ線6a同士に対して、グループ毎に供給されるようにしてもよい。
また、TFT30のゲートには走査線(ゲート電極)3aが電気的に接続されており、走査線3aには、走査信号G1、G2、・・・、Gmが、この順に線順次で印加されるように構成されている。
画素電極9aは、TFT30のドレインに電気的に接続されており、スイッチング素子であるTFT30を一定期間だけ閉じることにより、画像信号S1、S2、・・・、Snが、データ線6aから画素電極9aに書き込まれている。
The image signals S1, S2,..., Sn to be written to the
Further, a scanning line (gate electrode) 3a is electrically connected to the gate of the
The
画素電極9aに書き込まれた画像信号S1、S2、・・・、Snは、対向基板に形成された対向電極との間で一定期間保持される。液晶は、画素電極9aに印加される電圧レベルに応じて分子集合の配向や秩序が変化することにより、光を変調し、階調表示を可能とする。そのため、液晶表示装置からは画像信号に応じたコントラストをもつ光(画像)が出射される。
なお、この液晶表示装置がノーマリーホワイトモードを採用しているのであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が減少し、ノーマリーブラックモードを採用しているのであれば、各画素の単位で印加された電圧に応じて入射光に対する透過率が増加するように構成されている。
Image signals S1, S2,..., Sn written to the
If this liquid crystal display device adopts a normally white mode, the transmittance for incident light decreases according to the voltage applied in units of each pixel, and a normally black mode is adopted. In this case, the transmittance for incident light is increased in accordance with the voltage applied in units of pixels.
また、画素電極9aと対向電極との間に形成される液晶容量と並列となるように蓄積容量70が形成されている。蓄積容量70は走査線3aに並んで設けられるとともに、後述するように、固定電位側容量電極が含まれるとともに定電位に固定された容量線300が含まれるように構成されている。
A
以下では、上記データ線6a、走査線3a、TFT30等による、上述のような回路動作が実現される液晶表示装置の構成について、図2および図3を参照して説明する。
液晶表示装置は、図3に示すように、データ線6a、走査線3a、TFT30等が形成されているTFTアレイ基板(支持基板)10と、これに対向配置される対向基板20と、TFTアレイ基板10および対向基板20に挟持されている液晶層とから概略構成されている。
TFTアレイ基板10は、例えば石英基板、ガラス基板、シリコン基板などから形成されており、対向基板20は、例えばガラス基板や石英基板など、透光性を有する材料から形成されている。
Hereinafter, a configuration of a liquid crystal display device that realizes the above-described circuit operation using the
As shown in FIG. 3, the liquid crystal display device includes a TFT array substrate (supporting substrate) 10 on which
The
TFTアレイ基板10上には、図3に示すように、下から順に下地絶縁膜12、第1層間絶縁膜41、第2層間絶縁膜42、第3層間絶縁膜43が設けられている。そして、TFTアレイ基板10と下地絶縁膜12との間には下側遮光膜11aが設けられ、下地絶縁膜12と第1層間絶縁膜41との間にはTFT30および走査線3aが設けられている。第1層間絶縁膜41と第2層間絶縁膜42との間には蓄積容量70が設けられ、第2層間絶縁膜42と第3層間絶縁膜43との間にはデータ線6aが形成されている。
On the
第3層間絶縁膜43の上には、図3に示すように、画素電極9aが設けられており、その上側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜16が設けられている。
画素電極9aは、例えばITO(Indium Tin Oxide)膜等の透明導電性膜から形成され、配向膜16は、例えばポリイミド膜等の透明な有機膜から形成されている。また、前記画素電極9aは、図2に示すように、TFTアレイ基板10上にマトリクス状に複数設けられており(点線部9a´により輪郭が示されている)、画素電極9aの縦横の境界に各々沿ってデータ線6aおよび走査線3aが設けられている。
データ線6aは、アルミニウム膜等の金属膜あるいは合金膜から形成されている。走査線3aは、半導体層(単結晶半導体層)1aのうち図中右上がりの斜線領域で示したチャネル領域1a´に対向するように配置されており、走査線3aはゲート電極として機能する。すなわち、走査線3aとデータ線6aとの交差する箇所にはそれぞれ、チャネル領域1a´に走査線3aの本線部がゲート電極として対向配置された画素スイッチング用のTFT30が設けられている。
As shown in FIG. 3, the
The
The
TFT30は、図3に示すように、LDD(Lightly Doped Drain)構造を有している。その構成要素としては、上述したようにゲート電極として機能する走査線3aと、単結晶シリコン層からなり走査線3aからの電界によりチャネルが形成される半導体層1aのチャネル領域1a´と、走査線3aと半導体層1aとを絶縁するゲート絶縁膜2と、半導体層1aにおける低濃度ソース領域(ソース領域、低濃度領域)1bと、低濃度ドレイン領域(ドレイン領域、低濃度領域)1cと、高濃度ソース領域(ソース領域、高濃度領域)1dと、高濃度ドレイン領域(ドレイン領域、高濃度領域)1eとを備えている。
ここで、TFT30の低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1cは、単結晶シリコン層の膜厚が50nmの場合、そのシート抵抗が少なくとも60kΩ/□以下、好ましくは40kΩ/□以下となるように形成されている。
As shown in FIG. 3, the
Here, the low-
また、蓄積容量70は、図3に示すように、画素電位側容量電極として働く中継層(容量電極)71と、固定電位側容量電極として働く容量線300の一部とが、誘電体膜(容量絶縁膜)75を介して対向配置されることにより形成されている。
中継層71は、後述するコンタクトホール83、85を介して、TFT30の高濃度ドレイン領域1eおよび画素電極9aに電気的に接続されるように形成されるとともに、例えばポリシリコン膜などの導電性材料からなり、上述のように画素電位側容量電極として機能する。なお、中継層71は、前述したように、ポリシリコン膜から形成されてもよいし、後述する容量線300と同様に金属又は合金を含む単一層膜又は多層膜から形成されてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
The
容量線300は、例えば金属又は合金を含む導電膜からなり、前述のように固定電位側容量電極として機能する。容量線300は、図2に示すように平面的に見ると、走査線3aの形成領域と重なるように形成されている。
より具体的には容量線300は、走査線3aに沿って延びる本線部と、図中、データ線6aと交差する各個所からデータ線6aに沿って上方にそれぞれ突出した突出部と、コンタクトホール85に対応する個所が僅かに凹んだ凹み部とを備えている。
容量線300は、高融点金属を含む導電性遮光膜から形成されることが好ましく、蓄積容量70の固定電位側容量電極としての機能のほか、TFT30の上側において入射光からTFT30を遮光する遮光層としての機能をもつ。
The
More specifically, the
The
また、容量線300は、好ましくは、画素電極9aが配置された画像表示領域10a(図4参照)からその周囲に延設され、定電位源と電気的に接続されて、固定電位とされる。このような定電位源としては、データ線駆動回路101に供給される正電源や負電源の定電位源でもよいし、対向基板20の対向電極21に供給される定電位でもよい。
誘電体膜75は、図3に示すように、例えば膜厚5〜200nm程度の比較的薄いHTO(High Temperature Oxide)膜等の酸化シリコン膜、あるいは窒化シリコン膜等から構成されている。
Further, the
As shown in FIG. 3, the
第2層間絶縁膜42および第3層間絶縁膜43には、図3に示すように、第2層間絶縁膜42および第3層間絶縁膜43を貫通するようにコンタクトホール85が穿設されている。
第1層間絶縁膜41および第2層間絶縁膜42には、TFT30の高濃度ソース領域1dとデータ線6aとを電気的に接続するコンタクトホール81が穿設されている。
また、第1層間絶縁膜41には、高濃度ドレイン領域1eと蓄積容量70の中継層71とを電気的に接続するコンタクトホール83が穿設されている。
これら第1層間絶縁膜41、第2層間絶縁膜42、第3層間絶縁膜43は、例えばシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等、絶縁性を有する材料から形成されている。
As shown in FIG. 3, a
In the first
The first
The first
TFT30の下側領域には、図2および図3に示すように、下側遮光膜11aが設けられている。下側遮光膜11aは、格子状にパターニングされており、これにより各画素の開口領域を規定している。
なお、開口領域の規定は、図2中縦方向に延びるデータ線6aと図2中横方向に延びる容量線300とが相交差して形成されることによっても、なされている。
また、下側遮光膜11aについても、前述の容量線300の場合と同様に、その電位変動がTFT30に対して悪影響を及ぼすことを避けるために、画像表示領域からその周囲に延設して定電位源に接続するとよい。
In the lower region of the
Note that the opening region is also defined by forming the
Similarly to the case of the
対向基板20には、その全面に渡って対向電極21が設けられており、その下側には、ラビング処理等の所定の配向処理が施された配向膜22が設けられている。対向電極21は、前述の画素電極9aと同様に、例えばITO膜等の透明導電性膜から形成されており、配向膜22は、例えばポリイミド膜等の透明な有機膜からなっている。
A
(液晶表示装置の全体構成)
以上のように構成された各実施形態における電気光学装置の全体構成を図4および図5を参照して説明する。なお、図4は、TFTアレイ基板をその上に形成された各構成要素とともに対向基板20の側からみた平面図であり、図5は図4のH−H´断面図である。
液晶表示装置は、図4および図5に示すように、TFTアレイ基板10と対向基板20とが対向配置されている。TFTアレイ基板10と対向基板20との間には、液晶50が封入されており、TFTアレイ基板10と対向基板20とは、画像表示領域10aの周囲に位置するシール領域に設けられたシール材52により相互に接着されている。
(Overall configuration of liquid crystal display device)
The overall configuration of the electro-optical device in each embodiment configured as described above will be described with reference to FIGS. 4 and 5. 4 is a plan view of the TFT array substrate as viewed from the
In the liquid crystal display device, as shown in FIGS. 4 and 5, the
シール材52は、両基板を貼り合わせるため、例えば紫外線硬化樹脂、熱硬化樹脂等からなり、紫外線、加熱等により硬化させられたものである。また、このシール材52中には、液晶表示装置がプロジェクタ用途のように小型で拡大表示を行う液晶装置であれば、両基板間の距離(基板間ギャップ)を所定値とするためのグラスファイバ、あるいはガラスビーズ等のギャップ材(スペーサ)が散布されている。あるいは、液晶表示装置が液晶ディスプレイや液晶テレビのように大型で等倍表示を行う液晶装置であれば、このようなギャップ材は、液晶層50中に含まれてもよい。
The sealing
シール材52の外側の領域には、データ線6aに画像信号を所定のタイミングで供給することによりデータ線6aを駆動するデータ線駆動回路101および外部回路接続端子102がTFTアレイ基板10の一辺に沿って設けられており、走査線3aに走査信号を所定のタイミングで供給することにより、走査線3aを駆動する走査線駆動回路104が、この一辺に隣接する二辺に沿って設けられている。なお、走査線3aに供給される走査信号遅延が問題にならないのならば、走査線駆動回路104は片側だけでもよいことは言うまでもない。また、データ線駆動回路101を画像表示領域10aの辺に沿って両側に配列してもよい。
In an area outside the sealing
TFTアレイ基板10の残る一辺には、画像表示領域10aの両側に設けられた走査線駆動回路104間をつなぐための複数の配線105が設けられている。また、対向基板20のコーナ部の少なくとも一箇所においては、TFTアレイ基板10と対向基板20との間で電気的に導通をとるための導通材106が設けられている。
On the remaining side of the
TFTアレイ基板10上には、図5に示すように、画素電極9a上に配向膜が形成されている。他方、対向基板20上には、対向電極21のほか、最上層部分に配向膜が形成されている。また、液晶層50は、例えば一種又は数種類のネマテッィク液晶を混合した液晶からなり、これら一対の配向膜間で、所定の配向状態をとる。
On the
上記の構成によれば、低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1cのシート抵抗が少なくとも60kΩ/□以下、好ましくは40kΩ/□以下となるように形成されているので、TFT30の不良品(スイッチ機能不良)発生率を低下させることができる。
According to the above configuration, the sheet resistance of the low
(液晶表示装置の製造方法)
以下では、上述した液晶表示装置の製造方法について、図6から図8を参照しながら説明する。
まず図6(a)では、シリコン基板、石英基板、ガラス基板等の基板(すなわちTFTアレイ基板10を用意する。ここで、好ましくはN2(窒素)等の不活性ガス雰囲気下、約850〜1300℃、より好ましくは1000℃の高温でアニール処理し、後に実施される高温プロセスにおいてTFTアレイ基板10に生じる歪みが少なくなるように前処理しておく。
(Manufacturing method of liquid crystal display device)
Below, the manufacturing method of the liquid crystal display device mentioned above is demonstrated, referring FIGS. 6-8.
First, in FIG. 6A, a substrate such as a silicon substrate, a quartz substrate, or a glass substrate (that is, a
このように処理されたTFTアレイ基板10の全面に、Ti、Cr、W、Ta、MoおよびPdのうちの少なくとも一つを含む、金属単体、合金、金属シリサイド等を、スパッタリング法などにより、100〜500nm程度の膜厚、好ましくは約200nmの膜厚の遮光層を形成する。その後、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、下側遮光膜11aを所定のパターンに形成する。
続いて、下側遮光膜11aの上に、例えば、常圧又は減圧CVD法等によりTEOS(テトラ・エチル・オルソ・シリケート)ガス、TEB(テトラ・エチル・ボートレート)ガス、TMOP(テトラ・メチル・オキシ・フォスレート)ガス等を用いて、NSG(ノンドープトシリケートガラス)、PSG(リンシリケートガラス)、BSG(ボロンシリケートガラス)、BPSG(ボロンリンシリケートガラス)などのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる下地絶縁膜12を形成する。
次に、下地絶縁膜12の表面をCMP(化学的機械研磨)法などの方法を用いて研磨し、図6(b)に示すように、下地絶縁膜12の表面を平坦化する。下地絶縁膜12の膜厚については、約400〜1000nm程度、より好ましくは800nm程度とする。
On the entire surface of the
Subsequently, on the lower light-shielding
Next, the surface of the
次に、図7から図8に基づいて、下地絶縁膜12が形成されたTFTアレイ基板10の上にTFT30などを製造する方法について説明する。なお、図7から図8は、各工程におけるTFTアレイ基板の一部分を、図3に示した液晶パネルの断面図に対応させて示す工程図である。
図7(a)は、図6(b)の一部分を取り出して異なる縮尺で示す図である。図7(b)に示すように、図7(a)に示した表面が平坦化された下地絶縁膜12を有するTFTアレイ基板10と、単結晶シリコン基板206aとの貼り合わせを行う。
Next, a method for manufacturing the
Fig.7 (a) is a figure which takes out a part of FIG.6 (b), and shows it on a different scale. As shown in FIG. 7B, the
貼り合わせに用いる単結晶シリコン基板206aの厚さは例えば600μmであり、予め単結晶シリコン基板206aのTFTアレイ基板10と貼り合わせる側の表面には、酸化膜層206bが形成されているとともに、水素イオン(H+)が、例えば加速電圧100keV、ドーズ量10×1016/cm2にて注入されている。酸化膜層206bは、単結晶シリコン基板206aの表面を0.05〜0.8μm程度酸化することにより形成される。
貼り合わせ工程は、例えば300℃で2時間熱処理することにより2枚の基板を直接貼り合わせる方法を採用することができる。
The thickness of the single
For the bonding step, for example, a method of directly bonding two substrates by heat treatment at 300 ° C. for 2 hours can be employed.
また、貼り合わせ強度をさらに高めるためには、熱処理温度を上げて450℃程度にする必要があるが、石英などからなるTFTアレイ基板10の熱膨張係数と単結晶シリコン基板206aの熱膨張係数との間には大きな差があるため、このまま加熱すると単結晶シリコン層にクラックなどの欠陥が発生し、製造されるTFTアレイ基板10の品質が劣化する恐れがある。クラックなどの欠陥の発生を抑制するためには、一度300℃にて貼り合わせのための熱処理を行った単結晶シリコン基板206aを、ウエットエッチングまたはCMPによって100〜150μm程度まで薄くし、その後、さらに高温の熱処理を行うことが望ましい。例えば、80℃のKOH水溶液を用いて単結晶シリコン基板206aの厚さが150μmとなるようにエッチングし、その後、TFTアレイ基板10との貼り合わせを行い、さらに450℃にて再び熱処理することにより貼り合わせ強度を高めることが望ましい。
Further, in order to further increase the bonding strength, it is necessary to increase the heat treatment temperature to about 450 ° C. However, the thermal expansion coefficient of the
次に、図7(c)に示すように、貼り合わせた単結晶シリコン基板206aの貼り合わせ面側の酸化膜206bと単結晶シリコン層206を残したまま、単結晶シリコン基板206aをTFTアレイ基板10から剥離(分離)するための熱処理を行う。
この基板の剥離現象は、単結晶シリコン基板206a中に導入された水素イオンによって、単結晶シリコン基板206aの表面近傍のある層でシリコンの結合が分断されるために生じるものである。ここでの熱処理は、例えば、貼り合わせた2枚の基板を毎分20℃の昇温速度にて600℃まで加熱することにより行うことができる。この熱処理により、貼り合わせた単結晶シリコン基板206aがTFTアレイ基板10から分離し、TFTアレイ基板10の表面上には約200nm±5nm程度の単結晶シリコン層206が形成される。
Next, as shown in FIG. 7C, the single
This substrate peeling phenomenon is caused by the fact that silicon bonds are broken at a certain layer near the surface of the single
単結晶シリコン層206の膜厚については、前述した単結晶シリコン基板206aに対して行う水素イオン注入の加速電圧を変えることにより、例えば10nm〜3000nmの範囲で任意に形成することができる。
なお、薄膜化した単結晶シリコン層206は、ここに述べた方法・プロセスに限定されるものではなく、単結晶シリコン基板の表面を研磨して膜厚を3〜5μmとした後、PACE(Plasma Assisted Chemical Etching)法によってその膜厚を0.05〜0.8μm程度までエッチングして仕上げる方法や、多孔質シリコン上に形成したエピタキシャルシリコン層を、多孔質シリコン層の選択エッチングによって貼り合わせ基板上に転写するELTRAN(Epitaxial Layer Transfer)法などその他のSOI基板の一般的な製造方法によっても得ることができる。
The film thickness of the single
Note that the thinned single
さらに、下地絶縁膜12と単結晶シリコン層206との密着性を高め、貼り合わせ強度を高めるためには、TFTアレイ基板10と単結晶シリコン層206とを貼り合わせた後に、急速熱処理法(RTA)などにより加熱することが望ましい。加熱温度としては、600℃〜1200℃、望ましくは酸化膜の粘度を下げ、原子的に密着性を高めるため1050℃〜1200℃で加熱することが望ましい。
次に、図7(d)に示すように、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等によるメサ型分離法により、所定パターンの半導体層1aを形成する。なお、前記素子分離工程については、周知のLOCOS分離法やトレンチ分離法を用いてもよい。
Further, in order to improve the adhesion between the base insulating
Next, as shown in FIG. 7D, a
次に、図8(a)に示すように、半導体層1aを熱酸化すること等により、ゲート絶縁膜2を形成する。ここで、半導体層1aを熱酸化させてゲート絶縁膜2を形成する際の熱処理温度は、950℃以下、望ましくは850℃以下となるように制御されている。
この結果、半導体層1aの厚さは、約30〜150nmの厚さ、好ましくは約50nmの厚さとなり、ゲート絶縁膜2の厚さは、約20〜150nmの厚さ、好ましくは約30〜100nmの厚さとなる。
Next, as shown in FIG. 8A, the
As a result, the
次に、図8(b)に示すように、減圧CVD法等によりポリシリコン膜を約100〜500nmの厚さに堆積し、さらにP(リン)を熱拡散して、このポリシリコン膜を導電化した後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程等により、所定パターンを有する走査線3aを画像表示領域10a内に形成する。
次に、低濃度および高濃度の2段階で不純物イオンをドープすることにより、低濃度ソース領域1bおよび低濃度ドレイン領域1c、高濃度ソース領域1dおよび高濃度ドレイン領域1e(図3参照)を含む、LDD構造の画素スイッチング用TFT30の半導体層1aを画像表示領域内に形成する。
Next, as shown in FIG. 8B, a polysilicon film is deposited to a thickness of about 100 to 500 nm by a low pressure CVD method or the like, and P (phosphorus) is further thermally diffused to make the polysilicon film conductive. Then, the
Next, by doping impurity ions in two steps of low concentration and high concentration, a low
例えば、半導体層1aにPチャネルのLDD領域を形成する場合には、まず、BなどのIII 族元素のドーパント(不純物)を低濃度で(例えば、BF2イオンを90keVの加速電圧、3×1013/cm2のドーズ量にて)ドープし、Pチャネルの低濃度ソース領域および低濃度ドレイン領域を形成する。その後、同じくBなどのIII 族元素のドーパントを高濃度で(例えば、BF2イオンを90keVの加速電圧、2×1015/cm2のドーズ量にて)ドープし、Pチャネルの高濃度ソース領域および高濃度ドレイン領域を形成する。または、PチャネルのLDD領域を形成する場合には、まず、PなどのV族元素のドーパント(不純物)を低濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、6×1012/cm2のドーズ量にて)ドープし、Nチャネルの低濃度ソース領域および低濃度ドレイン領域を形成する。その後、同じくPなどのV族元素のドーパントを高濃度で(例えば、Pイオンを70keVの加速電圧、4×1015/cm2のドーズ量にて)ドープし、Nチャネルの高濃度ソース領域および高濃度ドレイン領域を形成する。
For example, when forming a P-channel LDD region in the
次に、図8(c)に示すように、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等からなる第1層間絶縁膜41を形成する。
続いて、減圧CVD法等によりポリシリコン膜を堆積し、さらにリン(P)を熱拡散し、このポリシリコン膜を導電化して中継層71を形成する。そして減圧CVD法、プラズマCVD法等により高温酸化シリコン膜(HTO膜)や窒化シリコン膜からなる誘電体膜75を膜厚50nm程度の比較的薄い厚さに堆積した後、Ti、Cr、W、Ta、MoおよびPd等の金属や金属シリサイド等の金属合金膜を、スパッタリングにより容量線300を形成する。これらにより、画像表示領域10a内に、蓄積容量70を形成する。
Next, as shown in FIG. 8C, for example, a silicate glass film such as NSG, PSG, BSG, or BPSG, a silicon nitride film, a silicon oxide film, or the like, using atmospheric pressure or reduced pressure CVD, TEOS gas, or the like. A first
Subsequently, a polysilicon film is deposited by a low pressure CVD method or the like, phosphorus (P) is further thermally diffused, and the polysilicon film is made conductive to form a
その後、例えば、常圧又は減圧CVD法やTEOSガス等を用いて、NSG、PSG、BSG、BPSGなどのシリケートガラス膜、窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる第2層間絶縁膜42を形成する。
続いて、第2層間絶縁膜42に対する反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより、コンタクトホールを開孔した後、第2層間絶縁膜42上の全面に、スパッタリング等により、遮光性のAl等の低抵抗金属や金属シリサイド等を金属膜として、約100〜500nmの厚さ、好ましくは約300nmに堆積する。そして、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、所定パターンを有するデータ線6aを画像表示領域10a内に形成する。
Thereafter, the second
Subsequently, after a contact hole is formed by dry etching such as reactive ion etching or reactive ion beam etching for the second
ここで、既に形成された第1層間絶縁膜41、第2層間絶縁膜42、誘電体膜75に対して、950℃以下の焼成、好ましくは850℃以下の焼成を行うことにより、半導体層1aに注入したイオンの活性化を図ってもよい。なお、この焼成は、前述のように、まとめて行ってもよいし、別々に行ってもよく、特に限定するものでない。
Here, the first
次に、図8(d)に示すように、例えば、常圧又は減圧CVD法を用いて、酸化シリコン膜を、各画素の開口領域に位置する第2層間絶縁膜42の表面とデータ線6aの上に第3層間絶縁膜43を形成する。
次に、図8(e)に示すように、第3層間絶縁膜43に対する反応性イオンエッチング、反応性イオンビームエッチング等のドライエッチングにより、コンタクトホール85を開孔する。
Next, as shown in FIG. 8D, the silicon oxide film is formed on the surface of the second
Next, as shown in FIG. 8E, a
その後、第3層間絶縁膜43上に、スパッタ処理等によりITO膜を形成する。そして、このITO膜に対して、フォトリソグラフィおよびエッチングを行うことにより、画素電極9aを形成する。その後、この上にポリイミド系の配向膜の塗布液を塗布し、さらに所定のプレティルト角を持つようにかつ所定方向でラビング処理を施すこと等により、配向膜16が形成される。
以上のようにして、TFTアレイ基板10の上にTFT30や蓄積容量70などが製造される。
Thereafter, an ITO film is formed on the third
As described above, the
次に、対向基板20の製造方法およびTFTアレイ基板10と対向基板20とから液晶パネルを製造する方法について説明する。
図3および図5に示した対向基板20については、対向基板20としてガラス基板等の光透過性基板を用意し、対向基板20の表面上に、周辺見切りとしての遮光膜53を形成する。周辺見切りとしての遮光膜53は、例えばCr、Ni、Alなどの金属材料をスパッタリングした後、フォトリソグラフィ工程、エッチング工程を経て形成される。なお、これらの遮光膜53は、前記の金属材料の他、カーボンやTiなどをフォトレジストに分散させた樹脂ブラックなどの材料から形成してもよい。
Next, a manufacturing method of the
3 and 5, a light-transmitting substrate such as a glass substrate is prepared as the
その後、スパッタリング法などによって対向基板20の表面上の全面に、ITO等の透明導電性薄膜を約50〜200nmの厚さに堆積し、対向電極21を形成する。さらに、対向電極21の表面上の全面にポリイミドなどの配向膜の塗布液を塗布し、その後、所定のプレティルト角を持つように、かつ所定方向にラビング処理を施すこと等により、配向膜22を形成する。
以上のようにして、対向基板20が製造される。
Thereafter, a transparent conductive thin film such as ITO is deposited to a thickness of about 50 to 200 nm on the entire surface of the
The
最後に、前述のように製造されたTFTアレイ基板10と対向基板20とを、配向膜16および22が互いに対向するようにシール材52によって貼り合わせる。そして、真空吸引法などの方法により、両基板間の空間に例えば複数種類のネマティック液晶を混合してなる液晶を吸引し、所定の厚みを有する液晶層50を形成する。これにより、前記構造の液晶パネルが得られる。
Finally, the
上記の製造方法によれば、半導体層1aに注入したイオンの活性化の熱処理温度、および誘電体膜75の焼成温度など、走査線3aの形成後には、950℃より高い温度を加える熱処理を行わないため、TFTアレイ基板10と半導体層1aとの熱膨張係数の違いによる、半導体層1aに働く応力が小さくなり、半導体層1a中の格子スリップなどの欠陥発生を防止することができる。その結果、半導体層1aを用いるTFT30の不良品(スイッチ機能不良)発生率を低下させることができる。
According to the manufacturing method described above, after the formation of the
また、ゲート絶縁膜2の形成時の熱処理温度が850℃以下であるので、TFTアレイ基板10と半導体層1aとの熱膨張係数の違いによる、半導体層1a中の格子スリップなどの欠陥発生をより確実に防止することができる。その結果、半導体層1aを用いるTFT30の不良品(スイッチ機能不良)発生率を低下させることができる。
In addition, since the heat treatment temperature at the time of forming the
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記の実施の形態においては、この発明を液晶表示装置に適応して説明したが、この発明は液晶表示装置に限られることなく、有機EL装置など、素子が形成されたSOQ(Silicon On Quartz)基板を用いる装置全般に適応できるものである。
The technical scope of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, in the above-described embodiment, the present invention has been described as being applied to a liquid crystal display device. However, the present invention is not limited to a liquid crystal display device, and an SOQ (Silicon On) in which an element such as an organic EL device is formed. The present invention can be applied to all apparatuses using a (Quartz) substrate.
1a・・・半導体層(単結晶半導体層)、 1a´・・・チャネル領域、 1b・・・低濃度ソース領域(ソース領域、低濃度領域)、 1c・・・低濃度ドレイン領域(ドレイン領域、低濃度領域)、 1d・・・高濃度ソース領域(ソース領域、高濃度領域)、 1e・・・高濃度ドレイン領域(ドレイン領域、高濃0度領域)、 2・・・ゲート絶縁膜、 3a・・・走査線(ゲート電極)、 10・・・TFTアレイ基板(支持基板)、 30・・・TFT(薄膜トランジスタ)、 70・・・蓄積容量、 71・・・中継層(容量電極)、 75・・・誘電体膜(容量絶縁膜)、 300・・・容量線
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記単結晶半導体層に薄膜トランジスタのゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と、
を有し、
前記ゲート電極形成工程以後に行われる熱処理温度を950℃以下とすることを特徴とする電気光学装置の製造方法。 A substrate forming step of attaching a single crystal semiconductor layer to an insulating support substrate;
Forming a gate insulating film of a thin film transistor on the single crystal semiconductor layer; and
Forming a gate electrode on the gate insulating film; and
Have
A method of manufacturing an electro-optical device, wherein a heat treatment temperature performed after the gate electrode forming step is 950 ° C. or lower.
前記熱処理の温度を850℃以下とすることを特徴とする請求項1または2に記載の電気光学装置の製造方法。 In the gate insulating film forming step, the gate insulating film is formed by subjecting the single crystal semiconductor layer to a heat treatment,
The method of manufacturing an electro-optical device according to claim 1, wherein a temperature of the heat treatment is set to 850 ° C. or less.
導入された前記不純物に熱処理を施して活性化する活性化工程と、を有し、
前記活性化工程における熱処理温度を850℃以下とすることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の電気光学装置の製造方法。 Introducing an impurity that makes the single crystal semiconductor layer a predetermined conductivity type semiconductor layer into a predetermined region of the single crystal semiconductor layer;
An activation step of activating the introduced impurities by heat treatment,
The method of manufacturing an electro-optical device according to claim 1, wherein a heat treatment temperature in the activation step is set to 850 ° C. or less.
前記薄膜トランジスタと電気的に接続される容量電極と、導電性材料から形成された容量線と、前記容量電極および前記容量線を絶縁する容量絶縁膜と、からなる蓄積容量を形成する容量形成工程を有し、
前記容量形成工程における、前記容量絶縁膜形成時の焼成温度を850℃以下とすることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の電気光学装置の製造方法。 After the gate electrode forming step,
A capacitance forming step of forming a storage capacitor comprising a capacitor electrode electrically connected to the thin film transistor, a capacitor line formed of a conductive material, and a capacitor insulating film that insulates the capacitor electrode and the capacitor line; Have
5. The method of manufacturing an electro-optical device according to claim 1, wherein a firing temperature at the time of forming the capacitor insulating film in the capacitor forming step is 850 ° C. or lower.
前記低濃度領域のシート抵抗が60kΩ/□以下とされることを特徴とする請求項1から5のいずれかに記載の電気光学装置の製造方法。 In the single crystal semiconductor layer, a source region, a channel region, and a drain region are formed. In the source region and the drain region, a high concentration region with a relatively high impurity concentration and a low concentration with a relatively low concentration, respectively. A concentration region is formed,
6. The method of manufacturing an electro-optical device according to claim 1, wherein the sheet resistance in the low concentration region is 60 kΩ / □ or less.
前記低濃度領域のシート抵抗が40kΩ/□以下とされることを特徴とする請求項1から6のいずれかに記載の電気光学装置の製造方法。 In the single crystal semiconductor layer, a source region, a channel region, and a drain region are formed. In the source region and the drain region, a high concentration region with a relatively high impurity concentration and a low concentration with a relatively low concentration, respectively. A concentration region is formed,
7. The method of manufacturing an electro-optical device according to claim 1, wherein the sheet resistance in the low-concentration region is 40 kΩ / □ or less.
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