JP2015173231A - 半導体デバイスの製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】所望の性能を発揮することができる半導体デバイスの製造方法を提供する。
【解決手段】半導体デバイス製造装置１０のエッチングモジュール１１においてウエハＷの積層構造４３へプラズマエッチングを施して積層構造４３におけるハードマスク４４によって覆われていない部分をエッチングによって削り、プラズマエッチングが施されることによって側面が傾斜したピラー構造４９を有するウエハＷをトリミングモジュール１２に搬入し、トリミングモジュール１２の処理室２２内へ酢酸ガスを供給し、さらに、ＧＣＩＢ照射装置２６からピラー構造４９へ向けて酸素のＧＣＩＢを照射する。
【選択図】図５
【解決手段】半導体デバイス製造装置１０のエッチングモジュール１１においてウエハＷの積層構造４３へプラズマエッチングを施して積層構造４３におけるハードマスク４４によって覆われていない部分をエッチングによって削り、プラズマエッチングが施されることによって側面が傾斜したピラー構造４９を有するウエハＷをトリミングモジュール１２に搬入し、トリミングモジュール１２の処理室２２内へ酢酸ガスを供給し、さらに、ＧＣＩＢ照射装置２６からピラー構造４９へ向けて酸素のＧＣＩＢを照射する。
【選択図】図５
Description
本発明は、ＭＴＪ素子を含む積層構造を有する半導体デバイスの製造方法及び製造装置に関する。
近年、ＤＲＡＭやＳＲＡＭに代わる次世代不揮発性メモリとしてＭＲＡＭ（Magnetoresistive Random Access Memory）（磁気抵抗メモリ）が開発されている。ＭＲＡＭはキャパシタの代わりにＭＴＪ（Magnetic Tunnel Junction）（磁気トンネル接合）素子を有し、磁化状態を利用して情報の記憶を行う。
ＭＴＪ素子は、絶縁膜、例えば、ＭｇＯ膜と、該ＭｇＯ膜を挟んで対向する２つの強磁性膜、例えば、ＣｏＦｅＢ膜からなり、ＭＲＡＭはＭＴＪ素子と、Ｔａ膜やＲｕ膜等の貴金属膜によって構成される。
ＭＲＡＭは、図１３（Ａ）に示すように、積層されたＭｇＯ膜１５０、該ＭｇＯ膜１５０を挟んで対向する２つのＣｏＦｅＢ膜１５１、１５２やＴａ膜１５３、Ｒｕ膜１５４を含む積層構造において、絶縁系のハードマスク１５５や金属系のハードマスク１５６を用いて各膜をエッチングし、図１３（Ｂ）に示すようなピラー構造（柱状構造）１５７を得ることにより製造される。
Ｔａ膜１５３やＲｕ膜１５４等の貴金属膜は一般に難エッチング性であるため、上述した積層構造ではスパッタモードの物理的エッチングによって貴金属膜をエッチングする。このとき、エッチングの手段としては、イオンミリング（例えば、特許文献１参照。）やプラズマエッチングが用いられる。
しかしながら、イオンミリングではイオンの打ち込みによってピラー構造１５７の側面に結晶性が消失したダメージ層が形成されることがある。また、プラズマエッチングではスパッタリングが強いとピラー構造１５７の側面が傾斜する一方、スパッタリングが弱いと各膜の材料や処理ガス中の炭素、水素が組み合わされて生じるポリマー層がピラー構造１５７の側面に形成される。
上述したダメージ層、側面の傾斜やポリマー層はＭｇＯ膜の絶縁機能やＣｏＦｅＢ膜の磁性を阻害するため、イオンミリングやプラズマエッチングのみでピラー構造１５７を形成する場合、該ピラー構造１５７を有するＭＲＡＭが所望の性能を発揮できないことがある。
本発明の目的は、所望の性能を発揮することができる半導体デバイスの製造方法及び製造装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の半導体デバイスの製造方法は、少なくともＭＴＪ素子及び金属層を含み、前記ＭＴＪ素子は、第１の強磁性膜、絶縁膜及び第２の強磁性膜がこの順で積層されて構成される積層構造を有する半導体デバイスの製造方法であって、前記積層構造をイオンミリング又はプラズマエッチングによってエッチングする第１の加工ステップと、前記第１の加工ステップの後に、前記積層構造へＧＣＩＢを照射する第２の加工ステップとを有し、前記第２の加工ステップでは、前記積層構造の周りに酢酸ガスを供給するとともに、前記積層構造へ酸素のＧＣＩＢが照射されることを特徴とする。
また、上記目的を達成するために、本発明の半導体デバイスの製造装置は、少なくともＭＴＪ素子及び金属層を含む積層構造を有する半導体デバイスの製造装置であって、前記積層構造をイオンミリング又はプラズマエッチングによってエッチングする第１の加工ユニットと、前記エッチングされた積層構造へＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射する第２の加工ユニットとを備え、前記第２の加工ユニットでは、前記積層構造の周りに酢酸ガスを供給するとともに、前記積層構造へ酸素のＧＣＩＢが照射されることを特徴とする。
本発明によれば、第１の加工ステップにおいて生じた積層構造のダメージ層、積層構造の側面の傾斜、又は積層構造の側面に形成されたポリマー層へ酢酸ガスの雰囲気下で酸素のＧＣＩＢが照射される。ダメージ層、積層構造の側面の傾斜やポリマー層には難エッチング材である貴金属を含む金属が存在するが、酸素ガスクラスターの運動エネルギー及び酸素ガスクラスターから分解した酸素分子による金属の酸化の促進、さらには酢酸分子による金属の酸化物の取り囲み、昇華を通じてダメージ層、積層構造の側面の傾斜やポリマー層が化学的に除去される。その結果、ＭＴＪ素子におけるＭｇＯ膜の絶縁機能やＣｏＦｅＢ膜の磁性が阻害されることが無いので、ＭＴＪ素子を含む半導体デバイスは所望の性能を発揮することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
まず、本発明の第１の実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法を実行する製造装置について説明する。
図１は、本実施の形態に係る半導体デバイスの製造装置の構成を概略的に示す平面図である。
図１において、半導体デバイス製造装置１０は、成膜処理によって複数の膜から構成される積層構造を有するウエハＷへ物理的エッチング処理を施すエッチングモジュール１１（第１の加工ユニット）と、エッチング処理が施されたウエハＷへＧＣＩＢ（Gas Cluster Ion Beam）を用いてトリミング処理を施すトリミングモジュール１２（第２の加工ユニット）と、トリミング処理が施されたウエハＷの積層構造を覆う窒化膜、例えば、ＳｉＮ（窒化珪素）膜を成膜する成膜モジュール１３（成膜ユニット）と、複数のウエハＷ（図中破線で示す）を収容する容器、例えば、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）１４からウエハＷを搬出するローダーモジュール１５と、エッチングモジュール１１、トリミングモジュール１２や成膜モジュール１３への各ウエハＷの搬出入を行うトランスファモジュール１６と、ローダーモジュール１５及びトランスファモジュール１６の間で各ウエハＷの受け渡しを行う２つのロードロックモジュール１７とを備える。
ローダーモジュール１５は内部が大気開放された略直方体状の搬送室からなり、ＦＯＵＰ１４を装着可能なロードポート１８を有し、該ロードポート１８に装着されたＦＯＵＰ１４への各ウエハＷの搬出入を行う搬送アーム１９（図中破線で示す）を搬送室の内部に有する。
トランスファモジュール１６は内部が減圧された搬送室を有し、トランスファモジュール１６の周りにはエッチングモジュール１１、トリミングモジュール１２や成膜モジュール１３が放射状に配置されて接続され、該トランスファモジュール１６は搬送室の内部に配置された搬送アーム２０（図中破線で示す）によってエッチングモジュール１１、トリミングモジュール１２、成膜モジュール１３及び各ロードロックモジュール１７の間でウエハＷの搬送を行う。
ロードロックモジュール１７は内部を大気圧環境及び減圧環境に切替可能な待機室からなり、ローダーモジュール１５の搬送アーム１９及びトランスファモジュール１６の搬送アーム２０がロードロックモジュール１７を介して各ウエハＷの受け渡しを行う。
エッチングモジュール１１は内部が減圧された処理室を有し、該処理室内でイオンミリングやプラズマエッチングによってウエハＷへ物理的エッチング処理を施す。トリミングモジュール１２も内部が減圧された処理室を有し、該処理室内において後述のＧＣＩＢ照射装置２６からウエハＷへＧＣＩＢを照射してウエハＷへトリミング処理を施す。成膜モジュール１３も内部が減圧された処理室を有し、該処理室内においてプラズマを用いたＣＶＤ処理によってウエハＷの積層構造を覆うＳｉＮ膜を成膜する。
また、半導体デバイス製造装置１０は制御部２１を備え、該制御部２１は、例えば、所望のレシピを実現するプログラムに従って半導体デバイス製造装置１０の各構成要素の動作を制御して各ウエハＷに所望のレシピに対応する処理を施す。なお、図１では、制御部２１がローダーモジュール１５及びトリミングモジュール１２へ接続されているが、制御部２１は半導体デバイス製造装置１０におけるいずれかの構成要素に接続されてもよく、また、いずれかの構成要素が制御部２１を有していてもよく、さらに、制御部２１は、半導体デバイス製造装置１０とは異なる場所に設置された外部サーバとして構成されてもよい。
図２は、図１におけるトリミングモジュールの構成を概略的に示す断面図である。
図２において、トリミングモジュール１２は、ウエハＷを収容する処理室２２と、該処理室２２内の下方に配置された載置台２３と、該載置台２３の上面に載置されてウエハＷを静電吸着する静電チャック２４と、該静電チャック２４を静電吸着されたウエハＷと共に載置台２３から離間させるアーム部２５と、処理室２２の側壁部に配置されて酸素のＧＣＩＢを略水平に照射するＧＣＩＢ照射装置２６とを有する。
トリミングモジュール１２では、アーム部２５が、静電吸着されたウエハＷがＧＣＩＢ照射装置２６に対向するように静電チャック２４を載置台２３から離間させ、処理室２２内には酢酸ガスが供給され、ＧＣＩＢ照射装置２６は対向するウエハＷに向けて酸素のＧＣＩＢを照射する。
静電チャック２４は冷媒流路及びヒータ（ともに図示しない）を内蔵し、静電吸着されたウエハＷを冷却する一方、当該ウエハＷを加熱することもできる。
図３は、図２におけるＧＣＩＢ照射装置の構成を概略的に示す断面図である。
図３において、ＧＣＩＢ照射装置２６は、略水平に配置され、且つ内部が減圧された筒状の本体２７と、該本体２７の一端に配置されるノズル２８と、板状のスキマー２９と、イオナイザー３０と、加速器３１と、永久磁石３２と、アパーチャー板３３とを有する。
ノズル２８は本体２７の中心軸に沿って配置され、該中心軸に沿って、例えば、酸素ガスを噴出する。スキマー２９は本体２７内の横断面を覆うように配置され、中心部が本体２７の中心軸に沿ってノズル２８へ向けて突出し、該突出した部分の頂部に細穴３４を有する。アパーチャー板３３も本体２７内の横断面を覆うように配置され、本体２７の中心軸に対応する部分にアパーチャー穴３５を有し、本体２７の他端も本体２７の中心軸に対応する部分にアパーチャー穴３６を有する。
イオナイザー３０、加速器３１及び永久磁石３２はいずれも本体２７の中心軸を囲むように配置され、イオナイザー３０は内蔵するフィラメントを加熱することによって電子を本体２７の中心軸へ向けて放出し、加速器３１は本体２７の中心軸に沿って電位差を生じさせ、永久磁石３２は本体２７の中心軸近傍で磁界を生じさせる。なお、フィラメントを加熱するためにイオナイザー３０へ印加される電圧を以下「イオン化電圧」と称し、電位差を生じさせるために加速器３１へ印加される電圧を、以下「加速電圧」と称する。
ＧＣＩＢ照射装置２６では、本体２７の一端側（図中左側）から他端側（図中右側）へかけて、ノズル２８、スキマー２９、イオナイザー３０、加速器３１、アパーチャー板３３及び永久磁石３２がこの順で配置される。
ノズル２８が減圧された本体２７の内部へ向けて酸素ガスを噴出すると、酸素ガスの体積が急激に大きくなり、酸素ガスは急激な断熱膨張を起こして酸素分子が急冷される。各酸素分子は急冷されると、運動エネルギーが低下して各酸素分子間に作用する分子間力（ファンデルワールス力）によって互いに密着し、これにより、多数の酸素分子からなる複数の酸素ガスクラスター３７が形成される。
スキマー２９は細穴３４によって複数の酸素ガスクラスター３７のうち本体２７の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター３７のみを選別し、イオナイザー３０は本体２７の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター３７へ電子を衝突させることによって当該酸素ガスクラスター３７をイオン化し、加速器３１はイオン化された酸素ガスクラスター３７を電位差によって本体２７の他端側へ加速し、アパーチャー板３３はアパーチャー穴３５によって加速された酸素ガスクラスター３７のうち本体２７の中心軸に沿って移動する酸素ガスクラスター３７のみを選別し、永久磁石３２は磁界によって比較的小さい酸素ガスクラスター３７（イオン化された酸素分子のモノマーを含む）の進路を変更する。永久磁石３２では、比較的大きい酸素ガスクラスター３７も磁界の影響を受けるが、質量が大きいため、磁力によって進路が変更されず、本体２７の中心軸に沿って移動を継続する。
永久磁石３２を通過した比較的大きい酸素ガスクラスター３７は本体２７の他端のアパーチャー穴３６を通過し、酸素のＧＣＩＢとして本体２７の外へ射出され、ウエハＷへ向けて照射される。
ところで、ＭＲＡＭは、ウエハＷ上において、図４（Ａ）に示すように、積層されたＭｇＯ膜３８（絶縁膜）、該ＭｇＯ膜３８を挟んで対向する２つのＣｏＦｅＢ膜３９、４０（第１の強磁性膜、第２の強磁性膜）やＴａ膜４１、Ｒｕ膜４２を含む積層構造４３において、当該積層構造４３上に形成されたハードマスク４４を用いて各膜をエッチングしてピラー構造４９を得ることにより製造される。なお、ＭｇＯ膜３８及びＣｏＦｅＢ膜３９、４０はＭＴＪ素子４５を構成する。
具体的には、まず、半導体デバイス製造装置１０のエッチングモジュール１１において、ウエハＷの積層構造４３へ物理的エッチング処理であるプラズマエッチングを施す。このとき、ウエハＷへ印加されるバイアス電圧を大きく設定し、プラズマ中の陽イオンによるスパッタリングを強くすると、積層構造４３の各膜だけでなくハードマスク４４もエッチングによって削られて時間の経過とともに縮小する。
積層構造４３へ施されるプラズマエッチングの初期段階では、エッチングによって上位の膜から削られていくため、上位の膜ほどエッチング量が大きくなり、ピラー構造４９の側面は傾斜する（図４（Ｂ））。その後、ハードマスク４４が縮小してハードマスク４４の幅が小さくなると上位の膜の一部が新たに露出してエッチングされる。上位の膜の一部がエッチングされて下位の膜の一部が新たに露出すると、この新たに露出した下位の膜の一部もエッチングされる。すなわち、全ての膜のエッチング量がほぼ同じとなるため、ピラー構造４９の側面における傾斜が維持される（図４（Ｃ））。
本実施の形態では、ピラー構造４９の側面における傾斜を解消するために、酸素のＧＣＩＢを利用する。
図５は、本実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す工程図である。
図５において、まず、エッチングモジュール１１においてウエハＷの積層構造４３へプラズマエッチングを施してウエハＷの積層構造４３におけるハードマスク４４によって覆われていない部分をエッチングによって削り、ピラー構造４９を得る（第１の加工ステップ）。
次いで、プラズマエッチングが施されることによって側面が傾斜したピラー構造４９を有するウエハＷをトリミングモジュール１２に搬入し、該ウエハＷを載置台２３とアーム部２５によってＧＣＩＢ照射装置２６に対向させる。
次いで、トリミングモジュール１２の処理室２２内へ酢酸ガスを供給し、さらに、ＧＣＩＢ照射装置２６からウエハＷへ向けて酸素のＧＣＩＢを照射する（図５（Ａ））（第２の加工ステップ）。酸素のＧＣＩＢが照射されたウエハＷのピラー構造４９では、酸素ガスクラスター３７とピラー構造４９の各膜が衝突するが、各膜では酸素ガスクラスター３７が有する運動エネルギー及び酸素ガスクラスター３７から分解した酸素分子によって酸化が促進されて難エッチング材であるＴａやＲｕ等の貴金属を含む、各膜を構成する金属の酸化物が生成される。このとき、貴金属の酸化物に関しては蒸気圧が高いためにそのまま昇華し、その他の金属、例えば、Ｃｏ、ＦｅやＴａの酸化物に関しては、酢酸ガスの多数の酢酸分子が金属の酸化物を取り囲むことにより、各膜から昇華させられて除去される。
酸素ガスクラスター３７はＧＣＩＢ照射装置２６の加速器３１によって本体２７の中心軸に沿うように加速されているため、極めて直進性が高い。したがって、ウエハＷをＧＣＩＢ照射装置２６に対向させてピラー構造４９の頂部をＧＣＩＢ照射装置２６に正対させると、酸素ガスクラスター３７は、ピラー構造４９の各膜における縮小したハードマスク４４によって覆われる部分には衝突せず、縮小したハードマスク４４によって覆われていない部分、すなわち、ピラー構造４９の側面における傾斜部分のみに衝突する。これにより、傾斜部分は上述した酸素ガスクラスター３７及び酢酸ガスによる酸化、昇華によって除去され、その結果、ピラー構造４９の側面における傾斜が解消する（図５（Ｂ））。
次いで、側面における傾斜が解消したピラー構造４９を有するウエハＷからハードマスク４４を除去した後、当該ウエハＷをトランスファモジュール１６を介してトリミングモジュール１２から成膜モジュール１３へ移動させる。トリミングモジュール１２、トランスファモジュール１６及び成膜モジュール１３の処理室や搬送室は内部が減圧されているため、各膜の端部が露出するピラー構造４９において自然酸化膜が形成されるのを防止することができる。
その後、成膜モジュール１３において、プラズマを用いたＣＶＤ処理によってピラー構造４９の露出面を覆うＳｉＮ膜４６を成膜し（図５（Ｃ））、本方法を終了する。
図５の半導体デバイスの製造方法によれば、プラズマエッチングを施すことによって生じたピラー構造４９の側面の傾斜部分へ酢酸ガスの雰囲気下で酸素のＧＣＩＢが照射される。これにより、ピラー構造４９の側面の傾斜部分において酸素ガスクラスター３７の運動エネルギー及び酸素ガスクラスター３７から分解した酸素分子による各膜を構成する金属の酸化の促進、さらには酢酸分子による金属の酸化物の取り囲み、昇華を通じてピラー構造４９の側面の傾斜部分が化学的に除去される。その結果、ピラー構造４９のＭｇＯ膜３８の絶縁機能やＣｏＦｅＢ膜３９、４０の磁性が阻害されることが無いので、ＭＴＪ素子４５を含むＭＲＡＭは所望の性能を発揮することができる。
上述した図５の半導体デバイスの製造方法では、酸素のＧＣＩＢが照射されるが、酸素のＧＣＩＢ中の酸素ガスクラスター３７はピラー構造４９の側面の傾斜部分へ衝突すると、容易に分解して酸素分子として飛散する。すなわち、酸素ガスクラスター３７がそのままピラー構造４９の各膜へ打ち込まれることがないため、各膜においてダメージの発生が抑制される。但し、酸素ガスクラスター３７の運動エネルギーが大きいと、分解した酸素分子の運動エネルギーも大きいままとなり、各酸素分子がピラー構造４９の各膜へ打ち込まれてダメージを発生させるおそれがある。したがって、ＧＣＩＢ照射装置２６の加速器３１における加速電圧を１０ｋＶ以下に設定し、酸素ガスクラスター３７の運動エネルギーが過剰に大きくなるのを防止するのが好ましい。
次に、本発明の第２の実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法について説明する。本実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法も半導体デバイス製造装置１０によって実行される。
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、ウエハＷの積層構造４３へプラズマエッチングを施す際に、ウエハＷへ印加されるバイアス電圧を大きく設定されない点で上述した第１の実施の形態と異なる。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
例えば、エッチングモジュール１１において、図６（Ａ）に示す、ハードマスク４４が形成されたウエハＷの積層構造４３へプラズマエッチングを施す際に、ウエハＷへ印加されるバイアス電圧を大きく設定せず、プラズマ中の陽イオンによるスパッタリングを弱くすると、ハードマスク４４がエッチングによって削られることがないので、ハードマスク４４は時間が経過しても縮小しない。
ハードマスク４４が縮小せずにハードマスク４４の幅が変化しないと、積層構造４３の各膜におけるハードマスク４４によって覆われる部分はエッチングによって削られることがない一方、積層構造４３の各膜におけるハードマスク４４によって覆われない部分はエッチングによって削られ続けるため、ピラー構造４９の側面は傾斜することがない（図６（Ｂ））。
しかしながら、積層構造４３の各膜の金属（貴金属を含む）やプラズマエッチングの処理ガス中の炭素、水素が組み合わされて生じる金属と有機物が結合したポリマーがピラー構造４９の側面に付着しても、スパッタリングが弱いと付着したポリマーを除去することができず、ピラー構造４９の側面にポリマー層４７が形成される（図６（Ｃ））。ポリマー層４７は金属を含むことがあるため、ピラー構造４９のＭｇＯ膜３８とＣｏＦｅＢ膜３９、４０が導通し、ＭＴＪ素子４５を含むＭＲＡＭの正常な動作を妨げるおそれがある。
本実施の形態では、ピラー構造４９の側面に形成されたポリマー層４７を除去するために、酸素のＧＣＩＢを利用する。
図７は、本実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す工程図である。
図７において、まず、エッチングモジュール１１においてウエハＷの積層構造４３へプラズマエッチングを施し、ウエハＷの積層構造４３におけるハードマスク４４によって覆われていない部分をエッチングによって削り、ピラー構造４９を得る（第１の加工ステップ）。
次いで、プラズマエッチングが施されることによって側面にポリマー層４７が形成されたピラー構造４９を有するウエハＷをトリミングモジュール１２に搬入し、該ウエハＷを載置台２３とアーム部２５によってＧＣＩＢ照射装置２６に対向させる。
次いで、トリミングモジュール１２の処理室２２内へ酢酸ガスを供給し、さらに、ＧＣＩＢ照射装置２６からウエハＷへ向けて酸素のＧＣＩＢを照射する（図７（Ａ））（第２の加工ステップ）。酸素ガスクラスター３７は極めて直進性が高いため、ウエハＷをＧＣＩＢ照射装置２６に対向させてピラー構造４９の頂部をＧＣＩＢ照射装置２６に正対させると、酸素ガスクラスター３７は、ハードマスク４４によって覆われていないポリマー層４７のみに衝突する。
このとき、ポリマー層４７に存在する金属（貴金属を含む）の酸化が、酸素ガスクラスター３７が有する運動エネルギーと酸素ガスクラスター３７から分解した酸素分子によって促進されて金属の酸化物が生成される。貴金属の酸化物は蒸気圧が高いため、ＧＣＩＢの照射時の熱でそのまま昇華し、その他の金属、例えば、Ｃｏ、ＦｅやＴａの酸化物に関しては、酢酸ガスの多数の酢酸分子が金属の酸化物を取り囲み、さらに多数の酢酸分子に取り囲まれた金属の酸化物はＧＣＩＢの照射時の熱でポリマー層４７から昇華させられて除去される。
また、ポリマー層４７に含まれる有機物も酸素ガスクラスター３７が有する運動エネルギーによって分解され、二酸化炭素（ＣＯ２）や水（Ｈ２Ｏ）として昇華によって除去される。その結果、ポリマー層４７が除去される（図７（Ｂ））。
次いで、側面からポリマー層４７が除去されたピラー構造４９を有するウエハＷからハードマスク４４を除去した後、ウエハＷをトランスファモジュール１６を介してトリミングモジュール１２から成膜モジュール１３へ移動させる。
その後、成膜モジュール１３において、プラズマを用いたＣＶＤ処理によってピラー構造４９の露出面を覆うＳｉＮ膜４６を成膜し（図７（Ｃ））、本方法を終了する。
図７の半導体デバイスの製造方法によれば、プラズマエッチングを施すことによってポリマー層４７が側面に生じたピラー構造４９へ酢酸ガスの雰囲気下で酸素のＧＣＩＢが照射される。これにより、酸素ガスクラスター３７の運動エネルギーによるポリマー層４７に存在する金属の酸化の促進、さらには酢酸分子による金属の酸化物の取り囲み、昇華、並びに、酸素ガスクラスター３７の運動エネルギーによるポリマー層４７に含まれる有機物の分解を通じてポリマー層４７が化学的に除去される。その結果、ＭｇＯ膜３８とＣｏＦｅＢ膜３９、４０がポリマー層４７によって導通することが無いので、ＭＲＡＭの正常な動作が妨げられるのを防止することができる。
なお、ピラー構造４９の各膜においてダメージが発生するのを抑制するために、第１の実施の形態と同様に、ＧＣＩＢ照射装置２６の加速器３１における加速電圧を１０ｋＶ以下に設定し、酸素ガスクラスター３７の運動エネルギーが過剰に大きくなるのを防止するのが好ましい。
次に、本発明の第３の実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法について説明する。本実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法も半導体デバイス製造装置１０によって実行される。
本実施の形態は、その構成や作用が上述した第１の実施の形態と基本的に同じであり、ウエハＷの積層構造４３へ物理的エッチング処理としてイオンミリングを施す点で上述した第１の実施の形態と異なる。したがって、重複した構成、作用については説明を省略し、以下に異なる構成、作用についての説明を行う。
例えば、エッチングモジュール１１において、図８（Ａ）に示す、ハードマスク４４が形成されたウエハＷの積層構造４３へイオンミリングを施すと、イオンミリングのスパッタリングは弱いため、ハードマスク４４がイオンミリングによって削られることが無く、ハードマスク４４は時間が経過しても縮小しない。
ハードマスク４４が縮小せずにハードマスク４４の幅が変化しないと、積層構造４３の各膜におけるハードマスク４４によって覆われる部分はエッチングによって削られることはないが（図８（Ｂ））、イオンミリングにおけるイオンの直進性はあまり高くないため、積層構造４３の側面（各膜の端部）へイオンが打ち込まれ、これによって結晶性が失われた各膜の端部からなるダメージ層４８（ＭｇＯ膜３８の両端において形成される嘴状の磁気特性変化部であるバーズピークを含む）がピラー構造４９の側面におけるハードマスク４４の下方に形成される（図８（Ｃ））。ダメージ層４８では結晶性が失われるので、各膜の磁気特性が変化し、ＭＴＪ素子４５を含むＭＲＡＭの正常な動作を妨げるおそれがある。
本実施の形態では、ピラー構造４９の側面に形成されたダメージ層４８を除去するために、酸素のＧＣＩＢを利用する。
図９は、本実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す工程図である。
図９において、まず、エッチングモジュール１１においてウエハＷの積層構造４３へイオンミリングを施し、ウエハＷの積層構造４３におけるハードマスク４４によって覆われていない部分をイオンミリングによって削り、ピラー構造４９を得る（第１の加工ステップ）。
次いで、イオンミリングが施されることによって側面にダメージ層４８が形成されたピラー構造４９を有するウエハＷをトリミングモジュール１２に搬入する。このとき、ウエハＷを載置台２３とアーム部２５によってＧＣＩＢ照射装置２６に対向させるが、図８（Ｃ）に示すように、ダメージ層４８はハードマスク４４の下方に形成されるため、ピラー構造４９の頂部をＧＣＩＢ照射装置２６に正対させると、極めて直進性が高い酸素ガスクラスター３７はダメージ層４８に衝突しない。
そこで、本実施の形態では、アーム部２５の載置台２３からの突出量等を調整してウエハＷをＧＣＩＢ照射装置２６に対して傾けてピラー構造４９の側面をＧＣＩＢ照射装置２６に正対させる。
次いで、トリミングモジュール１２の処理室２２内へ酢酸ガスを供給し、さらに、ＧＣＩＢ照射装置２６からウエハＷへ向けて酸素のＧＣＩＢを照射する（図９（Ａ））（第２の加工ステップ）。ピラー構造４９の側面はＧＣＩＢ照射装置２６に正対するので、酸素ガスクラスター３７は、ピラー構造４９の側面に形成されたダメージ層４８に衝突する。
このとき、ダメージ層４８に存在する金属（貴金属を含む）の酸化が、酸素ガスクラスター３７が有する運動エネルギーと酸素ガスクラスター３７から分解した酸素分子によって促進されて金属の酸化物が生成され、酢酸ガスの多数の酢酸分子が金属の酸化物を取り囲み、ダメージ層４８から金属の酸化物を昇華させて除去する（図９（Ｂ））。
次いで、側面からダメージ層４８が除去されたピラー構造４９を有するウエハＷからハードマスク４４を除去した後、ウエハＷをトランスファモジュール１６を介してトリミングモジュール１２から成膜モジュール１３へ移動させる。その後、成膜モジュール１３において、プラズマを用いたＣＶＤ処理によってピラー構造４９の露出面を覆うＳｉＮ膜４６を成膜し（図９（Ｃ））、本方法を終了する。
図９の半導体デバイスの製造方法によれば、イオンミリングを施すことによってダメージ層４８が側面に形成されたピラー構造４９へ酢酸ガスの雰囲気下で酸素のＧＣＩＢが照射される。これにより、酸素ガスクラスター３７の運動エネルギーによるダメージ層４８に存在する金属の酸化の促進、さらには酢酸分子による金属の酸化物の取り囲み、昇華を通じて結晶性が失われたダメージ層４８が化学的に除去される。その結果、ピラー構造４９における各膜の磁気特性が変化することが無く、ＭＴＪ素子４５を含むＭＲＡＭの正常な動作が妨げられるのを防止することができる。
なお、積層構造４３の各膜においてダメージが発生するのを抑制するために、第１の実施の形態と同様に、ＧＣＩＢ照射装置２６の加速器３１における加速電圧を１０ｋＶ以下に設定し、酸素ガスクラスター３７の運動エネルギーが過剰に大きくなって分解した酸素分子がピラー構造４９の側面へ打ち込まれるのを防止するのが好ましい。
次に、本発明の第４の実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法について説明する。本実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法も半導体デバイス製造装置１０によって実行される。
通常、ＭＴＪ素子４５では、２つのＣｏＦｅＢ膜３９、４０の幅は同じに設定されるが、近年、図１０に示すように、上方のＣｏＦｅＢ膜４０（以下、「フリー層４０」と言う。）（第２の強磁性膜）の幅よりも下方のＣｏＦｅＢ膜３９（以下、「レファレンス層３９」と言う。）（第１の強磁性膜）の幅を大きく設定してＭＴＪ素子４５を階段状に形成することが提案されている。
ＭＴＪ素子４５ではフリー層４０の磁化状態を制御して情報の記憶を行うが、フリー層４０へ入射する磁力線の分布が均一であるほどフリー層４０の磁化状態の熱的安定性が増すため、当該ＭＴＪ素子４５を含むＭＲＡＭを不揮発性メモリとして安定して使用することができる。
第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法によって得られたピラー構造４９おけるＭＴＪ素子４５を階段状に形成するためには、一般に、フリー層４０の一部をハードマスクで覆い、露出するフリー層４０の他の部分をプラズマエッチングやイオンミリングによって削ることが考えられるが、通常、ＭＴＪ素子を構成するＭｇＯ膜等の酸化膜に対するＣｏＦｅＢ膜等の磁性金属層のエッチング選択性を確保することが難しいため、正確にフリー層４０を所望量だけエッチングすることは困難である。
これに対して、本発明者は本発明に先立ち、ＧＣＩＢ照射装置２６を用い、イオン化電圧を１８５Ｖに設定し、加速電圧を２０ｋＶに設定し、衝突する酸素ガスクラスター３７の量を２×１０１６イオン／ｃｍ２に設定してＭｇＯ膜やＣｏＦｅＢ膜へ酸素のＧＣＩＢを照射したところ、酢酸ガスが存在しない雰囲気において、ＭｇＯ膜及びＣｏＦｅＢ膜の切削量（エッチング量）はそれぞれ３９．３ｎｍ及び３２．１ｎｍであり（図１１中のハッチングで示される棒グラフ参照。）、ＭｇＯ膜及びＣｏＦｅＢ膜の切削量はほぼ変わらないことを確認した一方、酢酸ガスが存在する雰囲気（酢酸ガスの分圧は５．３×１０−３Ｐａ）において、ＭｇＯ膜及びＣｏＦｅＢ膜の切削量（エッチング量）はそれぞれ１００ｎｍ及び３４４ｎｍであり（図１１中の無地で示される棒グラフ参照。）、ＭｇＯ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比を約３．４倍確保できることを確認した。
そこで、本実施の形態では、ＭｇＯ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比を利用してピラー構造４９におけるＭＴＪ素子４５を階段状に形成するために、酸素のＧＣＩＢを用いる。
図１２は、本実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法を示す工程図である。
図１２において、まず、半導体デバイス製造装置１０において第１の実施の形態乃至第３の実施の形態に係る半導体デバイスの製造方法のいずれかをピラー構造４９への酸素のＧＣＩＢの照射まで実行し、トリミングモジュール１２において側面における傾斜が解消した（図５（Ｂ））、又は側面に形成されたポリマー層４７やダメージ層４８が除去された（図７（Ｂ）、図９（Ｂ））ピラー構造４９を得る（図１２（Ａ））。
次いで、得られたピラー構造４９からハードマスク４４やＭＴＪ素子４５よりも上層の膜を除去してＭＴＪ素子４５を露出させた後、ＭＴＪ素子４５のフリー層４０を部分的に覆うマスク５０（他のマスク膜）を形成し（図１２（Ａ））、再度、トリミングモジュール１２において処理室２２内へ酢酸ガスを供給し、さらに、ＧＣＩＢ照射装置２６からウエハＷへ向けて酸素のＧＣＩＢを照射する（図１２（Ｂ））。このとき、ＭｇＯ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比が約３．４倍となることから、露出するフリー層４０が積極的に除去される一方、ＭｇＯ膜３８は余り除去されないため、ピラー構造４９において階段状のＭＴＪ素子４５が形成される（図１２（Ｃ））。
次いで、階段状に形成されたピラー構造４９を有するウエハＷをトランスファモジュール１６を介してトリミングモジュール１２から成膜モジュール１３へ移動させる。その後、成膜モジュール１３において、プラズマを用いたＣＶＤ処理によってピラー構造４９の露出面を覆うＳｉＮ膜５１を成膜し（図１２（Ｄ））、さらに、ＧＣＩＢやプラズマエッチング等の異方性エッチングによってＳｉＮ膜５１をエッチングする。ＳｉＮ膜５１は異方性エッチングによって厚み方向に減少するため、ＭｇＯ膜３８が露出した時点で異方性エッチングを停止すると、ＳｉＮ膜５１がマスク５０やフリー層４０の側面にのみ残存する（図１２（Ｅ））。なお、異方性エッチングをＭｇＯ膜３８が露出しても継続し、レファレンス層３９が露出した時点で停止させてもよい。
次いで、残存するＳｉＮ膜５１やマスク５０をマスクとしてＧＣＩＢやプラズマエッチング等の異方性エッチングによってＭｇＯ膜３８やレファレンス層３９をエッチングし、Ｔａ膜４１等が露出したら異方性エッチングを停止する。なお、このとき、Ｔａ膜４１等もエッチングしてもよいが、この場合、スループット向上の観点からプラズマエッチングを施すのが好ましい。但し、プラズマエッチングを施すと各膜においてダメージが発生し、ポリマーが各膜の側面に付着するため、さらに酸素のＧＣＩＢをピラー構造４９へ照射してダメージが発生した箇所やポリマーを除去するのが好ましい。一方、Ｔａ膜４１等をエッチングしない場合は、異方性エッチングとしてＧＣＩＢを用いるのが好ましい。
次いで、マスク５０の上に上部電極５２を形成し（図１２（Ｆ））、本方法を終了する。
図１２の半導体デバイスの製造方法によれば、レファレンス層３９、ＭｇＯ膜３８及びフリー層４０がこの順で積層されて構成されるＭＴＪ素子４５へ向けて酸素のＧＣＩＢが照射される。酢酸ガスの雰囲気下では、酸素のＧＣＩＢの照射におけるＭｇＯ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比が約３．４倍となるため、露出するフリー層４０が積極的に除去される一方、ＭｇＯ膜３８は余り除去されない。その結果、階段状のＭＴＪ素子４５を容易に得ることができる。
また、本発明者は、加速電圧を１０ｋＶ以下に設定し、ＧＣＩＢ照射装置２６を用いて露出するＭＴＪ素子４５へ酸素のＧＣＩＢを照射すると、ＭｇＯ膜に対するＣｏＦｅＢ膜の選択比を約３．４倍よりも大きく確保できることを確認した。したがって、図１２の半導体デバイスの製造方法において、露出するＭＴＪ素子４５へ酸素のＧＣＩＢを照射する際、加速電圧を１０ｋＶ以下に設定するのが好ましい。これにより、階段状のＭＴＪ素子４５をより確実に得ることができる。
上述した図１２の半導体デバイスの製造方法では、側面における傾斜が解消したピラー構造４９へ酢酸ガスの雰囲気下で酸素のＧＣＩＢを照射したが、ピラー構造４９の側面における傾斜を解消することなくハードマスク４４やＭＴＪ素子４５よりも上層の膜を除去し、酢酸ガスの雰囲気下でピラー構造４９へ酸素のＧＣＩＢを照射してもよい。積層構造４３の側面が傾斜している場合、フリー層４０の幅よりもレファレンス層３９の幅が大きいため、酸素のＧＣＩＢを照射してフリー層４０の幅を積極的に縮小すると、レファレンス層３９の幅をフリー層４０の幅がよりも確実に大きくすることができる。
以上、本発明について、上記各実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではない。
例えば、エッチングモジュール１１においてプラズマエッチングとイオンミリングを併用した場合、側面が傾斜し且つ側面にダメージ層４８が形成されたピラー構造４９や、側面にポリマー層４７及びダメージ層４８が形成されたピラー構造４９が得られる場合があるが、酢酸ガスの雰囲気下で酸素のＧＣＩＢをピラー構造４９へ照射することにより、側面の傾斜を解消するとともに、側面に形成されたダメージ層４８を除去し、若しくは、側面に形成されたポリマー層４７及びダメージ層４８を同時に除去することができる。
本発明の目的は、上述した各実施の形態の機能を実現するソフトウェアのプログラムコードを記録した記憶媒体を、コンピュータ、例えば、制御部２１に供給し、制御部２１のＣＰＵが記憶媒体に格納されたプログラムコードを読み出して実行することによっても達成される。
この場合、記憶媒体から読み出されたプログラムコード自体が上述した各実施の形態の機能を実現することになり、プログラムコード及びそのプログラムコードを記憶した記憶媒体は本発明を構成することになる。
また、プログラムコードを供給するための記憶媒体としては、例えば、ＲＡＭ、ＮＶ−ＲＡＭ、フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ（ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ）等の光ディスク、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、他のＲＯＭ等の上記プログラムコードを記憶できるものであればよい。或いは、上記プログラムコードは、インターネット、商用ネットワーク、若しくはローカルエリアネットワーク等に接続される不図示の他のコンピュータやデータベース等からダウンロードすることにより制御部２１に供給されてもよい。
また、制御部２１が読み出したプログラムコードを実行することにより、上記各実施の形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードの指示に基づき、ＣＰＵ上で稼動しているＯＳ（オペレーティングシステム）等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
更に、記憶媒体から読み出されたプログラムコードが、制御部２１に挿入された機能拡張ボードや制御部２１に接続された機能拡張ユニットに備わるメモリに書き込まれた後、そのプログラムコードの指示に基づき、その機能拡張ボードや機能拡張ユニットに備わるＣＰＵ等が実際の処理の一部又は全部を行い、その処理によって上述した各実施の形態の機能が実現される場合も含まれる。
上記プログラムコードの形態は、オブジェクトコード、インタプリタにより実行されるプログラムコード、ＯＳに供給されるスクリプトデータ等の形態から成ってもよい。
Ｗ ウエハ
１０ 半導体デバイス製造装置
１１ エッチングモジュール
１２ トリミングモジュール
１３ 成膜モジュール
２６ ＧＣＩＢ照射装置
３７ 酸素ガスクラスター
３８ ＭｇＯ膜
３９ レファレンス層（ＣｏＦｅＢ膜）
４０ フリー層（ＣｏＦｅＢ膜）
４４ ハードマスク
４５ ＭＴＪ素子
１０ 半導体デバイス製造装置
１１ エッチングモジュール
１２ トリミングモジュール
１３ 成膜モジュール
２６ ＧＣＩＢ照射装置
３７ 酸素ガスクラスター
３８ ＭｇＯ膜
３９ レファレンス層（ＣｏＦｅＢ膜）
４０ フリー層（ＣｏＦｅＢ膜）
４４ ハードマスク
４５ ＭＴＪ素子
Claims (17)
- 少なくともＭＴＪ素子及び金属層を含み、前記ＭＴＪ素子は、第１の強磁性膜、絶縁膜及び第２の強磁性膜がこの順で積層されて構成される積層構造を有する半導体デバイスの製造方法であって、
前記積層構造をイオンミリング又はプラズマエッチングによってエッチングする第１の加工ステップと、
前記第１の加工ステップの後に、前記積層構造へＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射する第２の加工ステップとを有し、
前記第２の加工ステップでは、前記積層構造の周りに酢酸ガスを供給するとともに、前記積層構造へ酸素のＧＣＩＢが照射されることを特徴とする製造方法。 - 前記第２の加工ステップでは、前記ＭＴＪ素子へ向けて酢酸ガスを供給するとともに、酸素のＧＣＩＢが照射されることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記積層構造上にはマスク膜が形成され、
前記第１の加工ステップでは、前記プラズマエッチングによって前記マスク膜が縮小することを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。 - 前記第１の加工ステップでは、前記積層構造の側面が傾斜することを特徴とする請求項２記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記積層構造上にはマスク膜が形成され、
前記第１の加工ステップでは、前記プラズマエッチングによる前記マスク膜の縮小が抑制されることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。 - 前記第１の加工ステップでは、前記積層構造の側面にポリマー層が形成されることを特徴とする請求項５記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記積層構造上にはマスク膜が形成され、
前記第１の加工ステップでは、前記イオンミリングによって前記積層構造をエッチングすることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイスの製造方法。 - 前記第２の加工ステップでは、前記積層構造の側面へ向けて酢酸ガスを供給するとともに、前記酸素のＧＣＩＢを照射することを特徴とする請求項７記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第２の加工ステップにおいて、前記酸素のＧＣＩＢを生成する際における前記酸素のクラスターを加速する加速電圧は１０ｋＶ以下であることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第２の加工ステップの後、前記積層構造の露出面を窒化膜で覆うことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第２の加工ステップの後に、前記積層構造上に形成された前記マスク膜を除去して前記ＭＴＪ素子を露出させた後、前記第２の強磁性膜を部分的に覆う他のマスク膜を形成し、前記積層構造へ向けて酢酸ガスを供給するとともに、前記積層構造へ向けて酸素のＧＣＩＢを照射する第３の加工ステップをさらに有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第３の加工ステップでは、前記ＭＴＪ素子が階段状に成形されることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第３の加工ステップにおいて、前記絶縁膜に対する前記第２の強磁性膜の選択比は３倍以上であることを特徴とする請求項１１又は１２記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記階段状に成形されたＭＴＪ素子をＳｉＮ膜で覆い、さらに該ＳｉＮ膜を異方性エッチングで除去する第４の加工ステップをさらに有することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれか１項に記載の半導体デバイスの製造方法。
- 前記第４の加工ステップにおいて残存する前記ＳｉＮ膜をマスクとして、前記絶縁膜及び前記第１の強磁性膜を異方性エッチングで除去する第５の加工ステップをさらに有することを特徴とする請求項１４記載の半導体デバイスの製造方法。
- 少なくともＭＴＪ素子及び金属層を含む積層構造を有する半導体デバイスの製造装置であって、
前記積層構造をイオンミリング又はプラズマエッチングによってエッチングする第１の加工ユニットと、
前記エッチングされた積層構造へＧＣＩＢ（ガスクラスターイオンビーム）を照射する第２の加工ユニットとを備え、
前記第２の加工ユニットでは、前記積層構造の周りに酢酸ガスを供給するとともに、前記積層構造へ酸素のＧＣＩＢが照射されることを特徴とする製造装置。 - 前記積層構造には前記ＧＣＩＢが照射されて露出面が生じ、
前記積層構造の露出面を窒化膜で覆う成膜ユニットをさらに備えることを特徴とする請求項１６記載の半導体デバイスの製造装置。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006253303A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Fujitsu Ltd | 磁気メモリ装置及びその製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
| JP2006253303A (ja) * | 2005-03-09 | 2006-09-21 | Fujitsu Ltd | 磁気メモリ装置及びその製造方法 |
| JP2012199431A (ja) * | 2011-03-22 | 2012-10-18 | Toshiba Corp | 磁気メモリの製造方法 |
| JP2013021129A (ja) * | 2011-07-11 | 2013-01-31 | Toshiba Corp | エッチング装置及び半導体装置の製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
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|---|
| AKIRA YAMAGUCHI、外４名: "Gas Cluster Ion Beam Etching under Acetic Acid Vapor for Etch-Resistant material", JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS [ONLINE], vol. 第５２巻，第５Ｓ２号, JPN6015018824, 20 May 2013 (2013-05-20), pages 1 - 4, ISSN: 0003392728 * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP7568841B2 (ja) | 2020-11-23 | 2024-10-16 | 江蘇魯▲もん▼儀器股▲ふん▼有限公司 | Ｍｒａｍ磁気トンネル接合のエッチング方法 |
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