JP2007200930A - Thin film transistor and its manufacturing method - Google Patents
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本発明は、絶縁基板上に設けられた半導体薄膜を覆うゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜を介して半導体薄膜上に設けられたゲート電極とを備えた薄膜トランジスタおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a thin film transistor including a gate insulating film covering a semiconductor thin film provided on an insulating substrate, and a gate electrode provided on the semiconductor thin film via the gate insulating film, and a method for manufacturing the same.
従来、例えば液晶表示装置、あるいは有機EL表示装置などの平面表示装置に用いられる、いわゆるメサ型構造の薄膜トランジスタ(TFT)は、ガラス基板上に半導体薄膜としての活性層が積層されており、この活性層は、チャネル領域の両側にソース領域およびドレイン領域が位置している。そして、この活性層を覆ってガラス基板上にゲート絶縁膜が積層され、この活性層のチャネル領域に対向したゲート絶縁膜上にゲート電極が積層されている。 Conventionally, a thin film transistor (TFT) having a so-called mesa structure used for a flat display device such as a liquid crystal display device or an organic EL display device has an active layer as a semiconductor thin film laminated on a glass substrate. The layer has a source region and a drain region located on both sides of the channel region. A gate insulating film is laminated on the glass substrate so as to cover the active layer, and a gate electrode is laminated on the gate insulating film facing the channel region of the active layer.
さらに、このゲート電極を覆ってゲート絶縁膜上に層間絶縁膜が積層されており、これら層間絶縁膜およびゲート絶縁膜にコンタクトホールが設けられて、これらコンタクトホールによって活性層のソース領域およびドレイン領域が開口されている。そして、これらコンタクトホールおよび層間絶縁膜上にソース電極およびドレイン電極のそれぞれが積層されている。 Further, an interlayer insulating film is laminated on the gate insulating film so as to cover the gate electrode, contact holes are provided in the interlayer insulating film and the gate insulating film, and the source region and the drain region of the active layer are formed by these contact holes. Is open. Each of the source electrode and the drain electrode is laminated on the contact hole and the interlayer insulating film.
このような平面表示装置において、SOD(System On Display)の実現のためには、TFT特性を向上させて多機能素子を作製することが重要であり、このような多機能素子の作製の際には、TFT素子の高性能化のために、TFT素子の微細化が必要になる。 In such a flat display device, in order to realize SOD (System On Display), it is important to improve a TFT characteristic to manufacture a multi-functional element, and at the time of manufacturing such a multi-functional element. In order to improve the performance of the TFT element, it is necessary to miniaturize the TFT element.
しかしながら、TFT素子の微細化を進めると、メサ型構造のTFTでは半導体薄膜の側壁部に電界が集中するために、側壁部のサブチャネル(Sub Channel)TFTが表面部のTFTよりもオンしやすくなる。 However, as the TFT element is further miniaturized, the electric field concentrates on the side wall portion of the semiconductor thin film in the mesa type TFT, and therefore, the sub channel TFT on the side wall portion is more easily turned on than the TFT on the surface portion. Become.
このため、TFTのドレイン電流(Ids)−ゲート電圧(Vgs)特性において、サブチャネルTFTのオンによる寄生特性に伴う瘤すなわちハンプ(Hump)が現われてしまう。 For this reason, in the drain current (Ids) -gate voltage (Vgs) characteristics of the TFT, a bump, that is, a hump accompanying the parasitic characteristics due to the ON of the subchannel TFT appears.
そして、このようにハンプが発生することで、回路上必要な所望の閾値が得られなかったり、回路の動作点がずれたりするなどの問題が顕著となる。 Then, the occurrence of the hump as described above makes the problem that a desired threshold necessary for the circuit cannot be obtained or the operating point of the circuit is shifted becomes remarkable.
そこで、活性層のソース領域を囲むようにゲート電極を配設し、このゲート電極を取り囲むようにドレイン領域を配設した薄膜トランジスタが知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、上述の薄膜トランジスタでは、活性層のチャネル領域でのパターンエッジの重なりを防止できることで、チャネル領域の両側部でのサブチャネルTFTによる寄生特性の抑制には一定の効果を有するものの、ソース領域をゲート電極で囲み、このゲート電極をドレイン領域で囲むことで全体の構成が大きくなるため、薄膜トランジスタの微細化をする際に不利になるという問題点を有している。 However, in the above-described thin film transistor, it is possible to prevent overlapping of pattern edges in the channel region of the active layer, so that there is a certain effect in suppressing parasitic characteristics by subchannel TFTs on both sides of the channel region, but the source region is not Enclosing the gate electrode and surrounding the gate electrode with the drain region increases the overall structure, which is disadvantageous when miniaturizing the thin film transistor.
本発明は、このような点に鑑みなされたもので、微細化を可能にしつつ特性劣化を抑制できる薄膜トランジスタおよびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of these points, and an object of the present invention is to provide a thin film transistor and a method for manufacturing the same capable of suppressing characteristic deterioration while enabling miniaturization.
本発明は、絶縁基板と、この絶縁基板上に設けられた半導体薄膜と、この半導体薄膜の周囲を囲んで前記絶縁基板上に設けられた側壁絶縁膜と、これら側壁絶縁膜と半導体薄膜とを覆って設けられたゲート絶縁膜と、このゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜上に設けられたゲート電極とを具備したものである。 The present invention includes an insulating substrate, a semiconductor thin film provided on the insulating substrate, a sidewall insulating film provided on the insulating substrate surrounding the semiconductor thin film, and the sidewall insulating film and the semiconductor thin film. A gate insulating film provided so as to cover the gate insulating film and a gate electrode provided on the semiconductor thin film via the gate insulating film are provided.
そして、絶縁基板上に設けた半導体薄膜の周囲を囲んで側壁絶縁膜を設け、これら半導体薄膜と側壁絶縁膜とを覆ってゲート絶縁膜を設ける。 Then, a sidewall insulating film is provided surrounding the semiconductor thin film provided on the insulating substrate, and a gate insulating film is provided to cover the semiconductor thin film and the sidewall insulating film.
本発明によれば、半導体薄膜の側部でのオンを抑制できるので、微細化を図る場合でも特性劣化を抑制できる。 According to the present invention, ON at the side of the semiconductor thin film can be suppressed, so that characteristic deterioration can be suppressed even when miniaturization is attempted.
以下、本発明の第1の実施の形態の薄膜トランジスタの構成を図1ないし図4を参照して説明する。 The configuration of the thin film transistor according to the first embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS.
図3において、1は平面表示装置としての液晶表示装置である液晶パネルで、この液晶パネル1は、液晶ディスプレイ(LCD:Liquid Crystal Display)であって、絶縁基板としてのガラス基板2を有する略矩形平板状のアレイ基板3を備えている。このアレイ基板3のガラス基板2の表面上には、このガラス基板2の幅方向に沿って等間隔に平行に離間された図示しない複数の走査線と、このガラス基板2の縦方向に沿って等間隔に平行に離間された複数の信号線とが直交して配線されて格子状に設けられている。
In FIG. 3, reference numeral 1 denotes a liquid crystal panel which is a liquid crystal display device as a flat display device. The liquid crystal panel 1 is a liquid crystal display (LCD), and has a substantially rectangular shape having a
さらに、これら走査線および信号線にて仕切られて囲まれた各領域のそれぞれに画素5が設けられている。これら画素5には、スイッチング素子としてのメサ型トップゲートタイプの薄膜トランジスタ(TFT)6と、画素電極7と、蓄積容量としての画素補助容量である図示しない補助容量とのそれぞれが設けられている。ここで、これら各画素電極7は、同一画素5内の薄膜トランジスタ6に電気的に接続されており、この薄膜トランジスタ6にて制御される。
Further, a
また、ガラス基板2の表面には、シリコン窒化膜(SiNx)や酸化シリコン膜(SiOx)などにて構成された図示しないアンダーコート層が成膜され、このアンダーコート層上にポリシリコン(p−Si)にて構成された半導体薄膜としての半導体層である島状の活性層12が設けられている。この活性層12は、非晶質半導体であるアモリファスシリコン(a−Si)のエキシマレーザアニールによる結晶化によって形成された多結晶半導体であるポリシリコンにて構成されている。そして、この活性層12の幅方向の中央部にチャネル領域14が設けられ、このチャネル領域14を挟んだ両側にソース領域15およびドレイン領域16が設けられている。
An undercoat layer (not shown) composed of a silicon nitride film (SiNx), a silicon oxide film (SiOx), or the like is formed on the surface of the
さらに、図1および図2に示すように、活性層12の周囲には、この周囲を囲んで側壁絶縁膜18が設けられている。この側壁絶縁膜18は、例えばシリコン窒化膜であり、活性層12の側部に沿って自己整合され、ガラス基板2の表面上に活性層12の平面視の周囲に沿って枠状に形成され、活性層12に対して隙間なく形成されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, a
また、これら活性層12および側壁絶縁膜18上には、アンダーコート層上に亘って、絶縁性を有するゲート絶縁膜21が成膜され、この活性層12のチャネル領域14に対向するゲート絶縁膜21上には、ゲート電極22が積層されている。
On the
ここで、ゲート絶縁膜21は、例えばシリコン酸化膜であり、活性層12の表面すなわち上部に位置する部分の膜厚が、側壁絶縁膜18の膜厚よりも小さく形成されている。換言すれば、側壁絶縁膜18の膜厚は、活性層12の上部に位置するゲート絶縁膜21よりも大きく形成されている。
Here, the
ゲート電極22は、走査線に一体的に接続されている。そして、このゲート電極22、ゲート絶縁膜21、活性層12および側壁絶縁膜18によって、スイッチング素子である薄膜トランジスタ6が形成されている。
The
また、図3に示すように、薄膜トランジスタ6のゲート絶縁膜21上には、ゲート電極22覆って層間絶縁膜25が積層されている。この層間絶縁膜25およびゲート絶縁膜21には、これら層間絶縁膜25およびゲート絶縁膜21を貫通し、活性層12のソース領域15およびドレイン領域16に連通した第1のコンタクトホール27,28が設けられている。そして、活性層12のソース領域15に貫通した第1のコンタクトホール27を覆って層間絶縁膜25上にソース電極31が積層され、このソース電極31が活性層12のソース領域15に電気的に接続されている。さらに、この活性層12のドレイン領域16に貫通した第1のコンタクトホール28を覆って層間絶縁膜25上にドレイン電極32が積層され、このドレイン電極32が活性層12のドレイン領域16に電気的に接続されている。
Further, as shown in FIG. 3, an interlayer
また、これらソース電極31およびドレイン電極32を覆って層間絶縁膜25上にパッシベーション膜33が積層され、このパッシベーション膜33には、このパッシベーション膜33を貫通してドレイン電極32に連通した第2のコンタクトホール34が設けられている。そして、この第2のコンタクトホール34を覆ってパッシベーション膜33上に画素電極7が積層され、この画素電極7が第2のコンタクトホール34を介してドレイン電極32に電気的に接続されている。さらに、この画素電極7を覆ってパッシベーション膜33上に、配向処理されたポリイミドにて構成された配向膜35が積層されている。
Further, a
さらに、この配向膜35に対向して対向基板41が配設されている。この対向基板41は、略透明な透光性を有するガラス基板42を備えている。このガラス基板42の配向膜35に対向した側の全面にカラーフィルタ層43が積層され、このカラーフィルタ層43上に対向電極44が積層されている。さらに、この対向電極44上には、配向処理されたポリイミドにて構成された配向膜45が積層されている。そして、これらアレイ基板3の配向膜35と対向基板41の配向膜45との間の液晶封止領域46に、液晶組成物47が注入されて光変調層としての液晶層48が設けられている。
Further, a
次に、上記第1の実施の形態の作用効果を説明する。 Next, the function and effect of the first embodiment will be described.
メサ型構造の薄膜トランジスタ6では、一般に、活性層12の側壁部に電解が集中するので、薄膜トランジスタ6の多機能化のためにこの薄膜トランジスタ6の微細化を進めると、活性層12の側壁部に形成される寄生トランジスタであるサブチャネルTFT(Sub Channel TFT)が、活性層12のチャネル領域14の表面側よりもオンしやすくなる。
In the mesa-type
そして、このようにサブチャネルTFTがオンしやすくなることで、このサブチャネルTFTのオンによる寄生電流によって、図4に示す従来のTFT特性のように、ドレイン電流(Ids)−ゲート電圧(Vgs)特性において、瘤、すなわちハンプ(Hump)が発生してしまう。 Since the sub-channel TFT is easily turned on in this way, the drain current (Ids) −gate voltage (Vgs) as in the conventional TFT characteristics shown in FIG. In the characteristics, a bump, that is, a hump occurs.
このため、上記第1の実施の形態では、活性層12の側部を囲んで側壁絶縁膜18を形成する構成とした。
Therefore, in the first embodiment, the
この結果、活性層12の側部でのサブチャネルTFTのオンが遅くなり、相対的に活性層12のチャネル領域14での表面側でのオンが早くなるから、このサブチャネルTFTのオンによる寄生電流の影響がTFT特性に現れにくくなり、寄生特性の発生を抑制でき、薄膜トランジスタ6の特性劣化を抑制できる。
As a result, the turn-on of the subchannel TFT on the side of the
具体的に、側壁絶縁膜18の膜厚を活性層12の表面側のゲート絶縁膜21よりも大きくすることで、サブチャネルTFTのオンによる寄生電流の影響がTFT特性に現れず(図4)、薄膜トランジスタ6の特性劣化を防止でき所望のTFT特性を得ることができる。
Specifically, by making the thickness of the
そして、このように所望のTFT特性を得られることで、回路上必要な閾値を得ることができるとともに、回路の動作点がずれたりすることがなく、安定した動作で信頼性が高い液晶パネル1を得ることができる。 In addition, by obtaining desired TFT characteristics in this way, a threshold necessary for the circuit can be obtained, and the operation point of the circuit is not shifted, and the liquid crystal panel 1 has stable operation and high reliability. Can be obtained.
また、活性層12の周囲を側壁絶縁膜18で囲むだけの構造なので、薄膜トランジスタ6が必要以上に大きくなることもなく、薄膜トランジスタ6の微細化の際に有利となる。
Further, since the
次に、第2の実施の形態の薄膜トランジスタの構成を図5ないし図10を参照して説明する。なお、上記第1の実施の形態と同様の構成および作用については、同一符号を付してその説明を省略する。 Next, the configuration of the thin film transistor according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. In addition, about the structure and effect | action similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
この第2の実施の形態の薄膜トランジスタ6は、活性層12を覆って例えばシリコン酸化膜などの側壁保護膜51が形成され、この側壁保護膜51および活性層12の周囲を囲んで側壁絶縁膜18が形成されているものである。
In the
次に、上記第2の実施の形態の薄膜トランジスタの製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the thin film transistor of the second embodiment will be described.
まず、図6に示すように、例えばプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法などにより図示しないアンダーコート層を表面に成膜したガラス基板2上に、アモルファスシリコン層を堆積し、このアモルファスシリコン層をレーザアニールなどによりポリシリコン薄膜とした後、このポリシリコン薄膜を例えばフォトエッチングなどにより加工して活性層12を形成する(半導体薄膜形成工程)。
First, as shown in FIG. 6, an amorphous silicon layer is deposited on a
次いで、図7に示すように、この活性層12を覆ってガラス基板2上にシリコン酸化膜である保護膜M1を形成する(保護膜形成工程)。
Next, as shown in FIG. 7, a protective film M1 which is a silicon oxide film is formed on the
また、図8に示すように、活性層12と保護膜M1とを覆ってガラス基板2上に絶縁膜としてのシリコン窒化膜である犠牲膜M2を形成する(絶縁膜形成工程)。このとき、特性を向上するために、熱アニールなどをしてもよい。
Further, as shown in FIG. 8, a sacrificial film M2 which is a silicon nitride film as an insulating film is formed on the
さらに、犠牲膜M2の全面をRIE(Reactive Ion Etching)によりエッチングし、側壁絶縁膜18(図9)を犠牲膜M2により形成する。このとき、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との選択比が1/2〜1/3と少ないため、活性層12の表面の保護膜M1もエッチングされ、活性層12の側部にて側壁保護膜51が形成される(側壁形成工程)。
Further, the entire surface of the sacrificial film M2 is etched by RIE (Reactive Ion Etching), and the sidewall insulating film 18 (FIG. 9) is formed of the sacrificial film M2. At this time, since the selection ratio between the silicon nitride film and the silicon oxide film is as small as 1/2 to 1/3, the protective film M1 on the surface of the
次いで、図10に示すように、活性層12と側壁絶縁膜18および側壁保護膜51を覆って、例えばPE−CVD法やECR(Electron-Cyclotron Resonance)−CVD法などにより、ゲート絶縁膜21を形成する(ゲート絶縁膜形成工程)。なお、このゲート絶縁膜形成工程で形成されるゲート絶縁膜21は、側壁保護膜51を形成する犠牲膜M2(図8)よりも膜厚が小さくなっている。換言すれば、絶縁膜形成工程で形成される犠牲膜M2は、ゲート絶縁膜形成工程で形成されるゲート絶縁膜21よりも膜厚が大きい。
Next, as shown in FIG. 10, the
そして、図5に示すように、このゲート絶縁膜21を介して、活性層12上に、例えばモリブデン−タンタル合金(Mo−Ta)やモリブデン−タングステン合金(Mo−W)などをスパッタ法などにて成膜して所定の金属層を形成してからゲートパターニングしてゲート電極22を形成する(ゲート電極形成工程)。
Then, as shown in FIG. 5, for example, a molybdenum-tantalum alloy (Mo-Ta) or a molybdenum-tungsten alloy (Mo-W) is sputtered on the
この後、従来のメサ型トップゲートTFTの製造方法と同様に、層間絶縁膜25、第1のコンタクトホール27,28、各電極31,32、パッシベーション膜33、第2のコンタクトホール34、画素電極7および配向膜35を順次形成し、対向基板41の配向膜45側を対向させて取り付けた後、これらアレイ基板2の配向膜35と対向基板41の配向膜45との間に液晶層48を介挿させて封止する。さらに、これらアレイ基板2および対向基板41に図示しないシステム回路や偏光板、バックライトなどの様々な部材を組み合わせて液晶パネル1を完成する。
Thereafter, as in the conventional method for manufacturing a mesa type top gate TFT, the
このように、上記第2の実施の形態によれば、活性層12の周囲を囲んで側壁絶縁膜18を形成するなど、上記第1の実施の形態と同様の構成を有することにより、上記第1の実施の形態と同様の作用効果を奏することが可能である。
As described above, according to the second embodiment, since the
また、活性層12を覆ってガラス基板2上に設けた保護膜M1により側壁保護膜51を形成することにより、側壁絶縁膜18の形成時のRIEなどの際に活性層12の表面を叩いてしまうことを保護膜M1により抑制し、側壁絶縁膜18となる犠牲膜M2と活性層12の表面側との界面でのエッチングダメージを抑制できる。
Further, by forming the side wall
しかも、活性層12の周囲を囲んで側壁保護膜51を設けることにより、活性層12の側部でのサブチャネルTFTのオンを、より確実に防止できる。
In addition, by providing the sidewall
なお、上記各実施の形態において、側壁絶縁膜18により活性層12のチャネル領域14の表面側のゲート絶縁膜21よりも活性層12の側部での抵抗値を大きくできれば、必ずしも側壁絶縁膜18の膜厚を活性層12の表面のゲート絶縁膜21よりも大きくしなければならないものではない。
In each of the above embodiments, if the side
また、平面表示装置としては、有機EL表示装置などにも適用できる。 Further, the flat display device can be applied to an organic EL display device or the like.
さらに、アレイ基板2以外でも、薄膜トランジスタ6を形成する基板装置であれば上記構成を適用できる。
In addition to the
2 絶縁基板としてのガラス基板
6 薄膜トランジスタ
12 半導体薄膜としての活性層
18 側壁絶縁膜
21 ゲート絶縁膜
22 ゲート電極
51 側壁保護膜
M1 保護膜
M2 絶縁膜としての犠牲膜
2 Glass substrate as an insulating
12 Active layer as a semiconductor thin film
18 Side wall insulating film
21 Gate insulation film
22 Gate electrode
51 Side wall protective film
M1 protective film
M2 Sacrificial film as insulating film
Claims (6)
この絶縁基板上に設けられた半導体薄膜と、
この半導体薄膜の周囲を囲んで前記絶縁基板上に設けられた側壁絶縁膜と、
これら側壁絶縁膜と半導体薄膜とを覆って設けられたゲート絶縁膜と、
このゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜上に設けられたゲート電極と
を具備したことを特徴とした薄膜トランジスタ。 An insulating substrate;
A semiconductor thin film provided on the insulating substrate;
A sidewall insulating film provided on the insulating substrate so as to surround the semiconductor thin film;
A gate insulating film provided to cover these sidewall insulating films and the semiconductor thin film;
A thin film transistor, comprising: a gate electrode provided on the semiconductor thin film through the gate insulating film.
ことを特徴とした請求項1記載の薄膜トランジスタ。 The thin film transistor according to claim 1, wherein the sidewall insulating film is formed to be thicker than the gate insulating film on the semiconductor thin film.
側壁絶縁膜は、前記側壁保護膜および前記半導体薄膜の周囲を囲んで設けられている
ことを特徴とした請求項1または2記載の薄膜トランジスタ。 A sidewall protective film is formed by a protective film provided on an insulating substrate so as to cover the semiconductor thin film, and at least surrounds the periphery of the semiconductor thin film.
The thin film transistor according to claim 1, wherein the sidewall insulating film is provided so as to surround the sidewall protective film and the semiconductor thin film.
前記半導体薄膜を覆って前記絶縁基板上に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程と、
前記絶縁膜をエッチングして前記半導体薄膜の周囲を囲む側壁絶縁膜を形成する側壁形成工程と、
前記半導体薄膜と前記側壁絶縁膜とを覆ってゲート絶縁膜を形成するゲート絶縁膜形成工程と、
前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体薄膜上にゲート電極を形成するゲート電極形成工程と
を具備したことを特徴とした薄膜トランジスタの製造方法。 A semiconductor thin film forming step of forming a semiconductor thin film on an insulating substrate;
An insulating film forming step of covering the semiconductor thin film and forming an insulating film on the insulating substrate;
A sidewall forming step of etching the insulating film to form a sidewall insulating film surrounding the semiconductor thin film; and
Forming a gate insulating film covering the semiconductor thin film and the sidewall insulating film; and
And a gate electrode forming step of forming a gate electrode on the semiconductor thin film through the gate insulating film.
ことを特徴とした請求項4記載の薄膜トランジスタの製造方法。 The method for manufacturing a thin film transistor according to claim 4, wherein the side wall forming step forms an insulating film having a larger film thickness than the gate insulating film formed in the gate insulating film forming step.
絶縁膜形成工程は、前記半導体薄膜と前記保護膜とを覆って絶縁膜を形成し、
側壁形成工程は、前記絶縁膜をエッチングして側壁絶縁膜を形成するとともに、前記保護膜をエッチングして側壁保護膜を形成する
ことを特徴とした請求項4または5記載の薄膜トランジスタの製造方法。 A protective film forming step of covering the semiconductor thin film and forming a protective film on the insulating substrate between the semiconductor thin film forming step and the insulating film forming step;
The insulating film forming step forms an insulating film covering the semiconductor thin film and the protective film,
6. The method of manufacturing a thin film transistor according to claim 4, wherein the side wall forming step forms the side wall insulating film by etching the insulating film, and forms the side wall protective film by etching the protective film.
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US8513661B2 (en) | 2008-01-23 | 2013-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Thin film transistor having specified transmittance to light |
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US8513661B2 (en) | 2008-01-23 | 2013-08-20 | Canon Kabushiki Kaisha | Thin film transistor having specified transmittance to light |
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