JP2008282859A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】チャネル領域のホール移動度を向上させることによって、オン抵抗を低減させることが可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】このトレンチゲート型のMOSFET(半導体装置)50は、主表面の結晶面が(110)面であるp型のシリコン基板1と、シリコン基板1上に形成されたエピタキシャル層2と、エピタキシャル層2に形成され、シリコン基板1の厚み方向(矢印Z方向)と平行な側壁を含むトレンチ3と、トレンチ3内にゲート絶縁膜4を介して形成されたゲート電極5と、トレンチ3の側壁に沿って形成されるn型のチャネル領域2bと、シリコン基板1の厚み方向(矢印Z方向)に、チャネル領域2bを挟むように形成されたp型のソース領域2cおよびp型のドレイン領域2aとを備えている。また、トレンチ3は、側壁の結晶面が(110)面となるように形成されている。
【選択図】図1
【解決手段】このトレンチゲート型のMOSFET(半導体装置)50は、主表面の結晶面が(110)面であるp型のシリコン基板1と、シリコン基板1上に形成されたエピタキシャル層2と、エピタキシャル層2に形成され、シリコン基板1の厚み方向(矢印Z方向)と平行な側壁を含むトレンチ3と、トレンチ3内にゲート絶縁膜4を介して形成されたゲート電極5と、トレンチ3の側壁に沿って形成されるn型のチャネル領域2bと、シリコン基板1の厚み方向(矢印Z方向)に、チャネル領域2bを挟むように形成されたp型のソース領域2cおよびp型のドレイン領域2aとを備えている。また、トレンチ3は、側壁の結晶面が(110)面となるように形成されている。
【選択図】図1
Description
この発明は、半導体装置に関し、特に、トレンチ内にゲート電極が形成されたトレンチゲート型の半導体装置に関する。
従来、トレンチ(溝)内にゲート電極が形成されたトレンチゲート型の半導体装置(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)が知られている(たとえば、特許文献1参照)。
図15は、上記特許文献1に記載された従来のトレンチゲート型MOSFETの構造を示した断面図である。図15を参照して、従来のトレンチゲート型MOSFETは、半導体基板101の表層に、共通ドレイン領域102がエピタキシャル成長法によって形成されている。また、共通ドレイン領域102の表層には、不純物の拡散によって、チャネル層103が形成されている。また、チャネル層103の表層の一部には、不純物の拡散によって、ソース領域104が形成されている。そして、これらを貫通するように、トレンチ105が設けられている。このトレンチ105は、底面および側面(側壁)の面方位が、それぞれ、(100)面となるように構成されている。また、トレンチ105の内壁(底面および側面)には、ゲート絶縁膜106が形成されており、ゲート絶縁膜106上には、このトレンチ105を充填するようにゲート電極107が形成されている。
しかしながら、図15に示した従来のトレンチゲート型MOSFETでは、基板にp型の半導体基板を用いることによって、pチャネル型のMOSFETに構成した場合に、主要キャリアであるホール(正孔)のチャネル移動度が低下するという不都合がある。これにより、オン抵抗が大きくなるという問題点がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の1つの目的は、チャネル領域のホール移動度を向上させることによって、オン抵抗を低減させることが可能な半導体装置を提供することである。
上記目的を達成するために、この発明の一の局面による半導体装置は、主表面の結晶面が(110)面、または、(110)面に対して所定のオフ角度で傾斜するオフ面であるp型の半導体基板と、半導体基板上に形成された半導体層と、半導体層に形成され、半導体基板の厚み方向と平行な側壁を含むトレンチと、トレンチ内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、トレンチの側壁に沿って形成されるn型のチャネル領域と、半導体基板の厚み方向に、チャネル領域を挟むように形成されたp型のソース領域およびp型のドレイン領域とを備えている。なお、本発明における(110)面に対して所定のオフ角度で傾斜するオフ面とは、実質的に(110)面となるオフ面であり、たとえば、(110)面に対して<100>方向に8°オフした(551)面などが含まれる。
この一の局面による半導体装置では、上記のように、トレンチの側壁に沿ってn型のチャネル領域を形成するとともに、半導体基板の厚み方向に、n型のチャネル領域を挟むように、p型のソース領域およびp型のドレイン領域を形成することによって、主要キャリアであるホール(正孔)の移動方向を、半導体基板の厚み方向にすることができる。また、半導体基板の主表面の結晶面を、(110)面、または、(110)面に対して所定のオフ角度で傾斜するオフ面とすることによって、半導体基板の厚み方向を、<110>方向、または、その近傍にすることができる。この<110>方向、および、その近傍の方向は、格子密度の小さい方向であるため、上記のように構成することによって、半導体基板の厚み方向にホールを移動させた際に、結晶格子によるホールの格子散乱を低減することができる。これにより、チャネル領域のホール移動度を向上させることができるので、トレンチ内のゲート電極に電圧を加えることによりチャネル領域に反転層を形成するとともに、その反転層を介してホールを移動させたとしても、チャネル領域における抵抗を低減することができる。その結果、p型の半導体基板を用いることによって、pチャネル型の半導体装置を構成した場合に、そのオン抵抗を低減することができる。なお、オン抵抗を低減することによって、消費電力の低減、スイッチング特性の向上などの効果を得ることができる。
上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、トレンチは、側壁の結晶面が(110)面、または、その近傍の結晶面となるように形成されている。このように構成すれば、容易に、チャネル領域におけるホールの移動度を向上させることができるので、pチャネル型の半導体装置を構成した場合に、容易に、そのオン抵抗を低減することができる。なお、本発明における(110)面近傍の結晶面とは、実質的に(110)面となる結晶面である。
上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、トレンチは、半導体基板の主表面と平行な第1方向に延びるように複数形成されているとともに、第1方向と交差する第2方向に、所定の間隔を隔てて配置されている。このように構成すれば、ゲート電極に電圧を加えた際に、チャネル領域のトレンチ側壁近傍に形成される反転層の合計面積を大きくすることができるので、より容易に、チャネル領域のホール移動度を向上させることができる。これにより、より容易に、オン抵抗を低減することができる。
上記一の局面による半導体装置において、好ましくは、ゲート電極の上面上には、絶縁層が形成されており、この絶縁層は、その上面が半導体層の上面と同一面となるようにトレンチ内に形成されている。このように構成すれば、一方のトレンチに形成された絶縁層と、隣り合う他方のトレンチに形成された絶縁層とが接触するのを抑制することができるので、複数のトレンチを形成する際に、互いに隣り合うトレンチ間の間隔を小さくすることができる。このため、互いに隣り合うトレンチ間の間隔を小さくすることによって、単位面積あたりのトレンチ密度を大きくすることができるので、容易に、チャネル領域のトレンチ側壁近傍に形成される反転層の合計面積を大きくすることができる。これにより、さらに容易に、チャネル領域のホール移動度を向上させることができるので、さらに容易に、オン抵抗を低減することができる。
以上のように、本発明によれば、チャネル領域のホール移動度を向上させることによって、オン抵抗を低減させることが可能な半導体装置を容易に得ることができる。
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明では、本発明による半導体装置の一例としてのトレンチゲート型のMOSFET(MOS電界効果型トランジスタ)を例にして説明する。
図1は、本発明の一実施形態によるMOSFETの構造を示した断面図である。図2は、図1に示した本発明の一実施形態によるMOSFETのトレンチ部分を拡大して示した断面図である。図3は、図1に示した本発明の一実施形態によるMOSFETに用いるシリコンウェハの構造を示した斜視図である。図4および図5は、本発明の一実施形態によるMOSFETの構造を説明するための図である。まず、図1〜図5を参照して、本発明の一実施形態によるMOSFET50の構造について説明する。
一実施形態によるMOSFET50では、図1に示すように、p型不純物としてのB(ボロン)が高濃度(たとえば、約1×1020cm-3)にドープされたp+型のシリコン基板1(比抵抗:約5mΩ)上に、約1μm〜約20μmの厚みを有するシリコンからなるエピタキシャル層2が形成されている。このエピタキシャル層2には、シリコン基板1側から、p型不純物としてのB(ボロン)が低濃度(たとえば、約1×1015cm-3〜約1×1016cm-3)にドープされたp-型のドレイン領域2a、n型不純物としてのP(リン)が、たとえば、約1×1017cm-3の濃度でドープされたn型のチャネル領域2b、および、p型不純物としてのB(ボロン)が高濃度(たとえば、約1×1019cm-3〜約1×1020cm-3)にドープされたp+型のソース領域2cが順次形成されている。そして、ソース領域2cおよびチャネル領域2bを貫通するように、複数のトレンチ3がエピタキシャル層2に形成されている。このトレンチ3は、深さ方向が、エピタキシャル層2の厚み方向となるように形成されている。すなわち、トレンチ3は、その側壁がエピタキシャル層2(シリコン基板1)の厚み方向と平行となるように構成されている。なお、シリコン基板1は、本発明の「半導体基板」の一例であり、エピタキシャル層2は、本発明の「半導体層」の一例である。
ここで、本実施形態では、シリコン基板1は、主表面の結晶面が(110)面となるように構成されている。このため、シリコン基板1上に形成されたエピタキシャル層2の主表面も、その結晶面が(110)面となるように構成されている。これにより、シリコン基板1の厚み方向(矢印Z方向)が、<110>方向となっている。
また、エピタキシャル層2に形成されたトレンチ3は、図2に示すように、約1μm〜約5μmの深さD1を有するとともに、約0.1μm〜約0.5μmの幅W1を有している。このトレンチ3の内壁(底面および側面)には、図1および図2に示すように、SiO2からなるゲート絶縁膜4が形成されている。また、トレンチ3の内部には、上記したゲート絶縁膜4を介して、ゲート電極5が形成されている。このゲート電極5は、不純物の導入により導電化されたポリシリコンから構成されており、その上面がトレンチ3の内部に位置するように形成されている。また、ゲート電極5の上面上には、SiO2からなる層間絶縁膜6が形成されている。なお、層間絶縁膜6は、本発明の「絶縁層」の一例である。また、ゲート絶縁膜4のトレンチ3側壁部分は、約10nm〜約100nmの厚みに構成されている。
また、層間絶縁膜6は、その上面が、エピタキシャル層2の上面と実質的に同一面となるように形成されている。
また、本実施形態では、図3および図4に示すように、複数のトレンチ3は、それぞれ、シリコンウェハ10のオリフラ(オリエンテーションフラット)面10aと平行方向である矢印X方向に延びるように細長状に形成されている。一方、シリコンウェハ10のオリフラ面10aは、(110)面となるように構成されている。これにより、トレンチ3は、上記したように、側壁の結晶面が(110)面となるように構成される。なお、矢印X方向は、本発明の「第1方向」の一例である。
また、本実施形態では、図2に示すように、トレンチ3は、エピタキシャル層2の上面に対して平行で、かつ、矢印X方向と直交する矢印Y方向に互いに約0.1μm〜約0.5μmの間隔W2を隔てて配列されている。すなわち、トレンチ3は、図3〜図5に示すように、平面的に見て、互いに隣り合うトレンチ3間の間隔W2が約0.1μm〜約0.5μmであるストライプ状に形成されている。なお、矢印Y方向は、本発明の「第2方向」の一例である。
また、図1および図2に示すように、トレンチ3内に形成されたゲート電極5は、その上面が、チャネル領域2bよりも上方に位置するように形成されているとともに、その下面が、チャネル領域2bよりも下方に位置するように形成されている。また、チャネル領域2bは、トレンチ3の側壁に沿うように形成されている。これにより、ゲート電極5に電圧が加えられると、n型チャネル領域2bの少数キャリアであるホールがトレンチ3側壁近傍に引き寄せられて電流通路となる反転層(図示せず)が形成される。なお、この反転層(図示せず)は、極薄い層から構成されている。そして、この反転層を介して、pチャネル型MOSFETの主要キャリアであるホールが、ソース領域2c/ドレイン領域2a間を移動し、これによって、MOSFET50の矢印Z方向にドレイン電流が流れる。
また、図1および図5に示すように、エピタキシャル層2の上面上には、ソース電極7が形成されているとともに、シリコン基板1の下面上には、ドレイン電極8が形成されている。また、図5に示すように、エピタキシャル層2の上面上の所定領域には、ゲート電極5と電気的に接続されたパッド電極9が形成されている。
本実施形態では、上記のように、トレンチ3の側壁に沿ってn型のチャネル領域2bを形成するとともに、シリコン基板1の厚み方向(矢印Z方向)に、n型のチャネル領域2bを挟むように、p+型のソース領域2cおよびp-型のドレイン領域2aを形成することによって、主要キャリアであるホール(正孔)を、シリコン基板1の厚み方向(矢印Z方向)に移動させることができる。また、シリコン基板1の主表面の結晶面を、(110)面とすることによって、シリコン基板1の厚み方向を、<110>方向とすることができる。この<110>方向は格子密度の小さい方向であるため、上記のように構成することによって、シリコン基板1の厚み方向にホールを移動させた際に、結晶格子によるホールの格子散乱を低減することができる。このため、トレンチ3内のゲート電極5に電圧を加えることによりチャネル領域2bに反転層を形成させるとともに、その反転層を介してホールを移動させたとしても、チャネル領域2bのホール移動度を向上させることができる。その結果、p+型のシリコン基板1を用いることによって、pチャネル型のMOSFET50を構成した場合に、そのオン抵抗を低減することができる。なお、オン抵抗を低減することによって、消費電力の低減、スイッチング特性の向上などの効果を得ることができる。
また、本実施形態では、トレンチ3を、側壁の結晶面が(110)面となるように形成することによって、容易に、チャネル領域2bにおけるホールの移動度を向上させることができるので、pチャネル型のMOSFET50を構成した場合に、容易に、そのオン抵抗を低減することができる。
また、本実施形態では、トレンチ3を、シリコン基板1の主表面と平行な矢印X方向に延びるように複数形成するとともに、矢印X方向と直交する矢印Y方向に、約0.1μm〜約0.5μmの間隔W2を隔てて配置することによって、ゲート電極5に電圧を加えた際に、チャネル領域2bのトレンチ3側壁近傍に形成される反転層の合計面積を大きくすることができるので、より容易に、チャネル領域2bのホール移動度を向上させることができる。これにより、より容易に、オン抵抗を低減することができる。
また、本実施形態では、ゲート電極5の上面上に形成された層間絶縁膜6を、その上面がエピタキシャル層2の上面と同一面となるようにトレンチ3内に形成することによって、一方のトレンチ3に形成された層間絶縁膜6と、隣り合う他方のトレンチ3に形成された層間絶縁膜6とが接触するのを抑制することができるので、複数のトレンチ3を形成する際に、互いに隣り合うトレンチ3間の間隔W2を小さくすることができる。このため、互いに隣り合うトレンチ3間の間隔W2を小さくすることによって、単位面積あたりのトレンチ密度を大きくすることができるので、容易に、チャネル領域2bのトレンチ3側壁近傍に形成される反転層の合計面積を大きくすることができる。これにより、さらに容易に、チャネル領域2bのホール移動度を向上させることができるので、さらに容易に、オン抵抗を低減することができる。
図6〜図14は、図1に示した本発明の一実施形態によるMOSFETの製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図1〜図14を参照して、一実施形態によるMOSFET50の製造プロセスについて説明する。
まず、図6に示すように、不純物濃度約1×1020cm-3のB(ボロン)がドープされたp+型のシリコン基板1(比抵抗:約5mΩ)上に、エピタキシャル成長法によって、不純物濃度約1×1015cm-3〜約1×1016cm-3のB(ボロン)がドープされたシリコンからなるp-型のエピタキシャル層2を形成する。この際、図1、図3および図4に示したように、エピタキシャル層2は、主表面が(110)面であるとともに、オリフラ面10aも(110)面であるシリコン基板1(シリコンウェハ10)上に形成する。これにより、エピタキシャル層2は、その主表面が(110)面となるように形成される。
次に、図7に示すように、フォトリソグラフィ技術とエッチングとによって、エピタキシャル層2に複数のトレンチ3を形成する。また、図3および図4に示したように、複数のトレンチ3は、それぞれ、シリコンウェハ10のオリフラ面10aと平行方向(矢印X方向)に延びるように形成するとともに、図2に示したように、隣り合うトレンチ3間の間隔W2が、約0.1μm〜約0.5μmとなるように形成する。
次に、エッチングによってエピタキシャル層2に加わった欠陥を除去するために、犠牲酸化を行うとともに、その犠牲酸化により形成された表面酸化物(SiO2:図示せず)をエッチングにより除去する。
続いて、シリコン基板1(シリコンウェハ10)を熱酸化処理することにより、図8に示すように、表面酸化物(SiO2)層4aを成長させる。これにより、SiO2からなるゲート絶縁膜4が、トレンチ3の内壁(底面および側面)を覆うように形成される。この際、ゲート絶縁膜4は、約10nm〜約100nmの厚みに成長させる。
次に、図9に示すように、CVD法などを用いて、不純物の導入により導電化されたポリシリコン層5aを全面に形成する。そして、図10に示すように、エッチバックにより、ポリシリコン層5aの所定領域を除去する。これにより、各々のトレンチ3内におけるポリシリコン層5aの上面(エッチバック面)が、エピタキシャル層2の上面よりも下方に形成され、トレンチ3内に、ポリシリコンからなるゲート電極5が形成される。
その後、図11に示すように、SiO2層6aを全面に形成するとともに、エッチバックにより、エピタキシャル層2の上面が露出するまで、SiO2層6aおよび表面酸化物層4aを除去する。これにより、図12に示すように、ゲート電極5の上面上に、その上面がエピタキシャル層2の上面と実質的に同一面となる層間絶縁膜6が形成されるとともに、エピタキシャル層2の上面が平坦化される。
次に、図13に示すように、イオン打ち込みなどにより、n型不純物としてのP(リン)を、たとえば、約1×1017cm-3の濃度でエピタキシャル層2にドープすることによって、エピタキシャル層2にn型不純物領域21bを形成する。この際、ドーピング深さD2は、ゲート電極5の底面よりも上方とする。具体的には、ドーピング深さD2は、たとえば、約0.5μm〜約2μmとする。次に、図14に示すように、イオン打ち込みなどにより、p型不純物であるB(ボロン)を、たとえば、約1×1019cm-3〜約1×1020cm-3の濃度でエピタキシャル層2にドープすることによって、エピタキシャル層2にp+型不純物領域2cを形成する。これにより、エピタキシャル層2に、シリコン基板1側から、p-型のドレイン領域2a、n型のチャネル領域2b、および、p+型のソース領域2cが順次形成される。
最後に、エピタキシャル層2の上面上に、ソース領域2cと接触するように、ソース電極7を形成するとともに、シリコン基板1の下面上に、ドレイン電極8を形成し、かつ、図5に示したように、エピタキシャル層2の上面上の所定領域に、ゲート電極5と電気的に接続されるパッド電極9を形成する。このようにして、図1に示した本発明の一実施形態によるMOSFET50が形成される。
本実施形態では、上記のように、シリコン基板1の主表面およびトレンチ3の側壁を、それぞれ、(110)面となるように構成することによって、トレンチ3の内壁に形成されたゲート絶縁膜4の厚みを均一にすることができるので、ゲート絶縁膜4のトレンチ3底面部の厚みが、トレンチ3側面部の厚みよりも小さくなることに起因して、絶縁耐量が低下するという不都合が生じるのを抑制することができる。
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、本発明による半導体装置の一例としてのMOSFETを例にして説明したが、本発明はこれに限らず、MOSFET以外の半導体装置にも本発明を適用することができる。
また、上記実施形態では、シリコン基板の主表面の結晶面を(110)面に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、実質的に(110)面となるように構成されていれば、シリコン基板の主表面の結晶面は、(110)面に対して<100>方向に2°、4°、8°などのオフ角度で傾斜するオフ面であってもよい。すなわち、MOSFETを製造する際に、オフ基板を用いてもよい。なお、実質的に(110)面とは、(110)面、(551)面、(311)面、(221)面、(553)面、(335)面、(112)面、(113)面、(115)面、(117)面、(331)面、(332)面、(111)面および(320)面のいずれかの面方位を含む結晶面である。
また、上記実施形態では、トレンチの側壁の結晶面を(110)面に構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、トレンチの側壁の結晶面は、(110)面近傍であってもよいし、(110)面以外の面であってもよい。なお、(110)面近傍の結晶面とは、実質的に(110)面となる結晶面である。
また、上記実施形態では、ゲート電極の上面上に形成された層間絶縁膜を、その上面がエピタキシャル層の上面と同一面となるように形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ゲート電極の上面上に形成された層間絶縁膜を、その上面がエピタキシャル層の上面から突出するように形成してもよいし、その上面がエピタキシャル層の上面よりも下方(トレンチ内部側)に位置するように形成してもよい。
また、上記実施形態では、エピタキシャル層の厚みを、約1μm〜約20μmに構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、エピタキシャル層の厚みは、上記した厚み以外の厚みであってもよい。すなわち、エピタキシャル層の厚みは、製造されるトレンチゲート型MOSFETに求められる最終的な電気的特性によって設定すればよい。
また、上記実施形態では、トレンチを形成した後に、チャネル領域およびソース領域となる不純物領域を形成したが、本発明はこれに限らず、トレンチを形成する前に、チャネル領域およびソース領域となる不純物領域を形成してもよい。
また、上記実施形態では、イオン打ち込みによって、チャネル領域およびソース領域となる不純物領域を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、イオン打ち込み以外の方法を用いて、チャネル領域およびソース領域となる不純物領域を形成してもよい。たとえば、熱拡散などの方法を用いて、不純物領域を形成してもよい。
また、上記実施形態では、p型不純物としてB(ボロン)を用いるとともに、n型不純物としてP(リン)を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、B(ボロン)以外のp型不純物を用いるとともに、P(リン)以外のn型不純物を用いてもよい。
1 シリコン基板(半導体基板)
2 エピタキシャル層(半導体層)
2a ドレイン領域
2b チャネル領域
2c ソース領域、p+型不純物領域
3 トレンチ
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 層間絶縁膜(絶縁層)
7 ソース電極
8 ドレイン電極
9 パッド電極
10 シリコンウェハ
10a オリフラ面
2 エピタキシャル層(半導体層)
2a ドレイン領域
2b チャネル領域
2c ソース領域、p+型不純物領域
3 トレンチ
4 ゲート絶縁膜
5 ゲート電極
6 層間絶縁膜(絶縁層)
7 ソース電極
8 ドレイン電極
9 パッド電極
10 シリコンウェハ
10a オリフラ面
Claims (4)
- 主表面の結晶面が(110)面、または、(110)面に対して所定のオフ角度で傾斜するオフ面であるp型の半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された半導体層と、
前記半導体層に形成され、前記半導体基板の厚み方向と平行な側壁を含むトレンチと、
前記トレンチ内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記トレンチの側壁に沿って形成されるn型のチャネル領域と、
前記半導体基板の厚み方向に、前記チャネル領域を挟むように形成されたp型のソース領域およびp型のドレイン領域とを備えることを特徴とする、半導体装置。 - 前記トレンチは、側壁の結晶面が(110)面、または、その近傍の結晶面となるように形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記トレンチは、前記半導体基板の主表面と平行な第1方向に延びるように複数形成されているとともに、前記第1方向と交差する第2方向に、所定の間隔を隔てて配置されていることを特徴とする、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記ゲート電極の上面上には、絶縁層が形成されており、
前記絶縁層は、その上面が前記半導体層の上面と同一面となるように前記トレンチ内に形成されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
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Cited By (8)
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