JP2634334B2 - 半導体ウェーハ上の集積回路構造体形成用ｖｈｆ／ｕｈｆプラズマ処理法 - Google Patents

半導体ウェーハ上の集積回路構造体形成用ｖｈｆ／ｕｈｆプラズマ処理法

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JP2634334B2 JP3189003A JP18900391A JP2634334B2 JP 2634334 B2 JP2634334 B2 JP 2634334B2 JP 3189003 A JP3189003 A JP 3189003A JP 18900391 A JP18900391 A JP 18900391A JP 2634334 B2 JP2634334 B2 JP 2634334B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集積回路構造体を形成
する半導体ウェーハの処理に関する。具体的には、本発
明は、半導体ウェーハの処理におけるＶＨＦ／ＵＨＦプ
ラズマの使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】集積回路構造体を形成する半導体ウェー
ハの処理において、プラズマ処理は、蒸着あるいはエッ
チング加工段階で、しばしば使用されている。この種の
処理、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、プ
ラズマエッチング、ＣＶＤファセット (facet)、あるい
は、共形等方性ＣＶＤなどにおいては、発電器あるいは
電源からのラジオ周波数の電力は、一般に、発電器ある
いは電源からプラズマへの電力伝送を最大にするある種
の整合回路網を経て、真空処理室内の電極へ加えられ
る。十分に大きい電界が真空室内の電極の間に形成され
ている場合、電界は、ガス内に存在する電子を加速し
て、電子はガス分子と衝突する。電子と原子あるいは分
子との質量の差が大きいので、非常に小さいエネルギー
が、弾性的過程を経て伝達される。従って、電子はエネ
ルギーを電界から得て、時には、ガス分子と非弾性的に
衝突し、ガス分子を励起するか、あるいは、イオン化す
る。イオン化により、ほかの電子が放出され、電子は順
次、電界によって加速される。イオン化と再結合の過程
が平衡状態にある場合、この電子なだれにより、ガスが
破壊して、定常状態のプラズマが発生する。高度に反応
性のイオンとラジカルな原子核が発生して、素材を半導
体ウェーハ上でエッチングするか、あるいは、蒸着する
ために使用される。
【０００３】このような従来技術のプラズマ発生に使用
されている電源は、約１０〜４００ＫＨz の低周波、約
１３〜約４０ＭＨz （一般に、１3.５６ＭＨz ）の範囲
の高周波、及び約９００ＭＨz から2.５ＧＨz の範囲の
マイクロ波における電磁放射を一般に使用している。１
０〜４００ＫＨz の低周波において、イオンと電子はい
ずれも、振動電界、及びすべての定常状態の電界あるい
はプラズマ内に発生したバイアスにより加速されて、ウ
ェーハ上に組付けられた敏感な素子に対する電位破壊の
危険を誘発する。いわゆる高周波帯域の１３〜４０ＭＨ
z の高周波において、定常状態の電極シース電圧が、数
百ボルトから千ボルト以上の範囲で発生する。これは、
素子破壊が約２００ボルトより高い電圧における問題で
あるので、素子の構造、材料、及びほかの要因に従っ
て、問題を起す。
【０００４】高いシース電圧の問題は、プラズマを励起
するマイクロ波電源、即ち、約９００ＭＨz から約2.５
ＧＨz の範囲の周波数の電源を使用することにより改善
された。この方法により、低分子エネルギー、すなわ
ち、１０〜３０ｅＶにおいてプラズマが発生する。しか
し、マイクロ波周波数を使用すると、明らかにシース電
圧の低下により、エネルギーの異方性（垂直性）の損失
を伴い、明らかに分子エネルギーレベルの低下により、
エッチングあるいは蒸着の速度の低下が生ずる。実際
に、数例では、SiO2の反応性イオンエッチングなどのプ
ロセスのしきい値エネルギーレベルには、プラズマに送
られるマイクロ波エネルギーだけを使用して、達するこ
とが出来ない。
【０００５】マイクロ波エネルギー源のみを使用する場
合にこのような欠点があるので、マイクロ波エネルギー
は、ウェーハのシース電圧を十分に高めて所望の異方性
をエッチングにおいて得るために、１3.５６ＭＨz など
の高周波において、ほかの電源との組合せで使用されて
いる。マイクロ波ＥＣＲ源は、マイクロ波源と、ＥＣＲ
条件が満足される、すなわち、マイクロ波源の放射周波
数Ｗ＝｜Ｂ｜ｅ／ｍ−ここで｜Ｂ｜は磁界の大きさ、ｅ
とｍは、それぞれ電子の電荷と質量−であるような磁界
を使用する。これは、低圧において高密度で低エネルギ
ーのプラズマを発生する。発散磁界が、イオンを引き出
して高エネルギーへ加速するために使用されるか、ある
いは、高周波のバイアスが、イオンのエネルギーを増大
するため、ウェーハに印加される。
【０００６】しかし、このような多重電源装置の使用と
調整は、この種のエッチングあるいは蒸着処理に使用さ
れる装置を、さらに複雑にする。その上、ＥＣＲ装置を
使用するには、0.１から数ミリトルの低い動作圧力を使
用することが必要である。これにより、非常に大きい真
空ポンプを使用しなければ、反応室に流れるエッチング
あるいは蒸着のガスの最大流量が低下することになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従って、ウェーハ上の
素子への破壊を防止するに十分に低く、しかし所望の異
方性を得るに十分に高く、また、従来技術の処理と比較
出来る反応速度において、シース電圧が発生する電源を
使用して、プラズマ補助の処理を行うことが、望まし
い。
【０００８】
【課題を解決するための手段】従って、本発明の目的
は、約５０ＭＨz から約８００ＭＨz の範囲の周波数を
有する電源を使用して、半導体ウェーハ上の集積回路素
子の生産用のプラズマ補助処理法を提供することであ
る。本発明のほかの目的は、半導体ウェーハ上の集積回
路素子の製造に使用される素材をエッチングするプラズ
マ補助処理法を提供することであり、この処理法は、約
５０ＭＨz から約８００ＭＨz の範囲の周波数を有する
電源を使用して、約２から約５００ミリトルの範囲にあ
る圧力の真空室内で、約１０から約７６ワット／インチ
2 のウェーハ領域の電力密度レベルに維持されることよ
り成っている。
【０００９】本発明のさらにほかの目的は、半導体ウェ
ーハ上の酸化けい素をエッチングするプラズマ補助のＲ
ＩＥ処理法を提供することであり、この処理法は、約１
００ＭＨz から約２５０ＭＨz の周波数範囲を有する電
源を使用して、約２から約５００ミリトルの範囲にある
圧力の真空室内で約３０から約７６ワット／インチ2の
ウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、一方で、少
なくとも約２：１の陽極と陰極との有効面積比にして５
cm以上の電極間隔で、一種類以上のエッチングガスと選
択不活性ガスを真空室に流して、約0.３から0.７５ミク
ロン／分のエッチング速度で異方性エッチングを行うこ
とより成っている。
【００１０】本発明のなおほかの目的は、半導体ウェー
ハ上の酸化けい素を異方性にエッチングするプラズマ補
助のＲＩＥ処理法を提供することであり、この処理法
は、約１００ＭＨz から約２５０ＭＨz の周波数範囲を
有する電源を使用して、約２０から約２００ミリトルの
範囲にある圧力の真空室内で約４５から約５６ワット／
インチ2 の範囲のウェーハ領域の電力密度レベルに維持
され、一方で、約２：１から約２０：１の陽極と陰極と
の有効面積比にして５cmの電極間隔で、ふっ素の素材、
水素の選択素材、炭素の素材、及び選択不活性ガスを真
空室に流して、約0.３から約0.７５ミクロン／分のエッ
チング速度で異方性エッチングを行うことより成ってい
る。
【００１１】本発明のそのほかの目的は、ポリシリコン
あるいはフォトレジストに関して、半導体ウェーハ上の
酸化けい素を選択的に異方性にエッチングするプラズマ
補助のＲＩＥ処理法を提供することであり、この処理法
は、約１００ＭＨz から約２５０ＭＨz の周波数範囲を
有する電源を使用して、約２０から約２００ミリトルの
範囲にある圧力の真空室内で約４５から約５６ワット／
インチ2 のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、
一方で、ふっ素の素材、水素の選択素材、炭素の素材、
及び選択不活性ガスを真空室に流すことより成り、この
場合炭素とふっ素の原子比が約0.１：１から約２：１の
範囲にあり、水素（存在する場合）とふっ素の原子比が
約0.１：１から約0.５：１の範囲にあり、約２：１かあ
２０：１の陽極と陰極との有効面積比にして約５cmから
約３０cmの電極間隔で、約0.３から約0.７５ミクロン／
分のエッチング速度において、約２：１から３０：１以
上の酸化けい素のエッチング（厚さ）速度とポリシリコ
ンあるいはフォトレジストのエッチング（厚さ）速度の
比が得られる。
【００１２】なお、本発明のそのほかの目的は、半導体
ウェーハ上のポリシリコンあるいはアルミニウムをエッ
チングするプラズマ補助のＲＩＥ処理法を提供すること
であり、この処理法は、約１００ＭＨz から約８００Ｍ
Ｈz の周波数範囲を有する電源を使用して、約２から約
５００ミリトルの範囲にある圧力の真空室内で約１０か
ら約７６ワット／インチ2 のウェーハ領域の電力密度レ
ベルに維持され、一方で、少なくとも約２：１の陽極と
陰極の面積比にして５cm以上の電極間隔で、１種類以上
のエッチングガスと選択不活性ガスを真空室に流して、
約0.２から約1.０ミクロン／分のエッチング速度で異方
性エッチングを行うことより成っている。
【００１３】さらに本発明のそのほかの目的は、半導体
ウェーハ上のポリシリコンあるいはアルミニウムを異方
性にエッチングするプラズマ補助のＲＩＥ処理法を提供
することであり、この処理法は、約１５０ＭＨz から約
６００ＭＨz の周波数範囲を有する電源を使用して、約
２０から約２００ミリトルの範囲にある圧力の真空室内
で約２０から約４０ワット／インチ2 のウェーハ面の電
力密度レベルに維持され、一方で、約２：１から約２
０：１の陽極と陰極の面積比にして約５cmから約３０cm
の電極間隔で、ふっ素の素材と選択不活性ガスを真空室
に流入して、約0.５から約0.７ミクロン／分のエッチン
グ速度で異方性エッチングを行うことより成っている。
【００１４】本発明のほかの目的は、半導体ウェーハ上
の集積回路の製作に使用される素材をエッチングするプ
ラズマ補助エッチング処理法を提供することであり、こ
の処理法は、約５０から約８００ＭＨz の周波数範囲を
有する電源を使用して、５００ミリトルから５０トルの
範囲にある圧力の真空室内で約１５から約７６ワット／
インチ2 のウェーハ領域の電力密度レベルに維持されて
いることより成っている。
【００１５】本発明のさらにほかの目的は、半導体ウェ
ーハ上の酸化けい素をエッチングするプラズマ補助エッ
チング処理法を提供することであり、約１００ＭＨz か
ら約２００ＭＨz の周波数範囲を有する電源を使用し
て、約１トルから約２０トルの範囲にある圧力の真空室
内で約３０から５０ワット／インチ2 のウェーハ領域の
電力密度レベルに維持され、約５cmより小さい陽極と陰
極との間隔で、ふっ素の素材、カーボンの素材、水素の
選択素材、及び選択不活性ガスを真空室に流して、約0.
２から約1.０ミクロン／分のエッチング速度が得られ
る。
【００１６】本発明のなおほかの目的は、ポリシリコン
あるいはフォトレジストのエッチングに関して、半導体
ウェーハ上の酸化けい素を選択してエッチングするプラ
ズマ補助のエッチング処理法を提供することであり、こ
の処理法は、約１００ＭＨzから約２００ＭＨz の周波
数範囲を有する電源を使用して、１トルから２０トルの
範囲にある圧力の真空室内で約３０から約５０ワット／
インチ2 の範囲のウェーハ領域の電力密度レベルに維持
され、一方で、ふっ素の素材、炭素の素材、水素の選択
素材、及び選択不活性ガスを真空室内に流すことより成
り、この場合、陰極と陽極の電極間隔が約５cmより小さ
い状態で、炭素とふっ素の原子比が約0.１：１から約
２：１の範囲にあり、水素（存在する場合）とふっ素の
原子比が約0.１：１から約0.５：１の範囲にあって、約
0.２から約1.０ミクロン／分のエッチング速度で、酸化
けい素のエッチング（厚さ）速度とポリシリコンあるい
はフォトレジストのエッチング（厚さ）速度との比が得
られる。
【００１７】本発明のさらにほかの目的は、半導体ウェ
ーハ上のポリシリコンあるいはアルミニウムをエッチン
グするプラズマ補助のエッチング処理法を提供すること
であり、約１００ＭＨz から約２００ＭＨz の周波数範
囲を有する電源を使用し、約１トルから約２０トルの範
囲にある圧力の真空室内で約２０から約４０ワット／イ
ンチ2 のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、一
方で、陽極と陰極の電極間隔が約５cmより小さい状態
で、塩素の素材と選択不活性ガスを真空室に流して、約
0.２から約１ミクロン／分のエッチング速度を設定して
いることより成っている。
【００１８】本発明のほかの目的は、半導体ウェーハ上
の集積回路素子の製作に使用される素材を蒸着するプラ
ズマ補助ＣＶＤファセット（facet)蒸着処理法を提供す
ることであり、この処理法は、約５０ＭＨz から約８０
０ＭＨz の周波数範囲を有する電源を使用し、約２から
約５００ミリトルの範囲にある圧力の真空室内で約１０
から約７６ワット／インチ2 のウェーハ領域の電力密度
レベルに維持されていることより成っている。
【００１９】本発明のなおほかの目的は、半導体ウェー
ハ上に酸化けい素を蒸着するプラズマ補助ＣＶＤファセ
ット蒸着処理法を提供することであり、この処理法は、
約１００ＭＨz から約２５０ＭＨz の周波数範囲を有す
る電源を使用し、約２から約５００ミリトルの範囲にあ
る圧力の真空室内で約１０から約７６ワット／インチ 2
のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、一方で、
陽極と陰極の面積比が少なくとも２：１、また、電極間
隔が５cm以上の状態で、１種類以上のけい素材の素材、
１種類以上の酸素の素材、及び選択不活性ガスを真空室
に流し、これにより約0.１から約1.５ミクロン／分の蒸
着速度を設定していることより成っている。
【００２０】本発明のさらにほかの目的は、半導体ウェ
ーハ上に酸化けい素を蒸着するプラズマ補助ＣＶＤファ
セット蒸着処理法を提供することであり、この処理法
は、約１００ＭＨz から約２５０ＭＨz の周波数範囲を
有する電源を使用し、約２０から約２００ミリトルの範
囲にある圧力の真空室内で約４５から約５６ワット／イ
ンチ2 のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、一
方で、陽極と陰極の面積比が少なくとも２：１から２
０：１、また、電極間隔が約５cmから約３０cmである状
態で、１種類以上のけい素の素材、１種類以上の酸素の
素材、及び選択不活性ガスを真空室に流して、約0.４か
ら約1.０ミクロン／分の蒸着速度を設定していることよ
り成っている。
【００２１】なお、本発明のそのほかの目的は、半導体
ウェーハ上に窒化けい素を蒸着するプラズマ補助ＣＶＤ
ファセット蒸着処理法を提供することであり、この処理
法は、約１００ＭＨz から約２５０ＭＨz の周波数範囲
を有する電源を使用し、約２から約５００ミリトルの範
囲にある圧力の真空室内で約１０から約７６ワット／イ
ンチ2 のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、一
方で、陽極と陰極の面積比が少なくとも２：１、また、
電極間隔が５cm以上の状態で、１種類以上のけい素材の
素材、１種類以上の窒素の素材、水素の選択素材、及び
選択不活性ガスを真空室に流して、約0.１から約1.５ミ
クロン／分の蒸着速度を設定していることより成ってい
る。
【００２２】さらに本発明のそのほかの目的は、半導体
ウェーハ上に窒化けい素を蒸着するプラズマ補助ＣＶＤ
ファセット蒸着処理法を提供することであり、この処理
法は、約１００ＭＨz から約２５０ＭＨz の周波数範囲
を有する電源を使用し、約２０から２００ミリトルの範
囲にある圧力の真空室内で約４５から約５６ワット／イ
ンチ2 のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、一
方で、陽極と陰極の面積比が約２：１から約２０：１、
また、電極間隔が約５cmから約３０cmの状態で、１種類
以上のけい素の素材、１種類以上の窒素の素材、及び水
素の選択素材、及び選択不活性ガスを真空室に流し、約
0.４から約1.０ミクロン／分の蒸着速度を設定している
ことより成っている。
【００２３】本発明のほかの目的は、半導体ウェーハ上
の集積回路素子の製作に使用される素材を蒸着するプラ
ズマ補助ＣＶＤ共形等方性蒸着処理法を提供することで
あり、この処理法は、約５０ＭＨz から約８００ＭＨz
の周波数範囲を有する電源を使用し、５００ミリトルか
ら約５０トルの範囲にある圧力の真空室内で約１０から
約３８ワット／インチ2 のウェーハ領域の電力密度レベ
ルに維持されることより成っている。
【００２４】さらに、本発明のほかの目的は、半導体ウ
ェーハ上に酸化けい素を蒸着するプラズマ補助ＣＶＤ共
形等方性蒸着処理法を提供することであり、この処理法
は、約１５０ＭＨz から約８００ＭＨz の周波数範囲を
有する電源を使用し、５００ミリトルから約５０ミリト
ルの範囲にある圧力の真空室内で約１０から約３８ワッ
ト／インチ2 の範囲の電力密度レベルに維持され、一方
で、陽極と陰極の電極間隔が約５cmより小さい状態で、
１種類以上のけい素の素材、１種類以上の酸素の素材、
及び選択不活性ガスを真空室に流し、約0.５から約1.０
ミクロン／分の蒸着速度を設定していることより成って
いる。
【００２５】さらに、本発明のほかの目的は、半導体ウ
ェーハ上に酸化けい素を蒸着するプラズマ補助ＣＶＤ共
形等方性蒸着処理法を提供することであり、この処理法
は、約１５０ＭＨz から約８００ＭＨz の周波数範囲を
有する電源を使用し、約１トルから約２０トルの範囲に
ある圧力の真空室内で約１０から約３８ワット／インチ
2 の範囲のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、
一方で、陽極と陰極の電極間隔が約５cmより小さい状態
で、１種類以上のけい素の素材、１種類以上の窒素の素
材、水素の選択素材、及び選択不活性ガスを真空室に流
して、約0.５から約1.０ミクロン／分の蒸着速度を設定
していることより成っている。
【００２６】なお、本発明のそのほかの目的は、半導体
ウェーハに窒化けい素を蒸着するプラズマ補助ＣＶＤ共
形等方性蒸着処理法を提供することであり、この処理法
は、約１５０ＭＨz から約８００ＭＨz の周波数範囲を
有する電源を使用し、５００ミリトルから約５０トルの
範囲にある圧力の真空室内で約１０から３８ワット／イ
ンチ2 のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、一
方で、陽極と陰極の電極間隔が約５cmより小さい状態
で、１種類以上のけい素の素材、１種類以上の窒素の素
材、水素の選択素材、及び選択不活性ガスを真空室内に
流し、約0.５から約1.０ミクロン／分の蒸着速度を設定
していることより成っている。
【００２７】さらに、本発明のそのほかの目的は、半導
体ウェーハ上に窒化けい素を蒸着するプラズマ補助ＣＶ
Ｄ共形等方性蒸着処理法を提供することであり、この処
理法は、約１５０ＭＨz から約８００ＭＨz の周波数範
囲を有する電源を使用し、約１トルから約２０トルの範
囲にある真空室内で約１０から約３８ワット／インチ 2
の範囲のウェーハ領域の電力密度レベルに維持され、一
方で、陽極と陰極の電極間隔が５cmより小さい状態で、
１種類以上のけい素の素材、１種類以上の窒素の素材、
水素の選択素材、及び選択不活性ガスを真空室に流し
て、約0.５から約1.０ミクロン／分の蒸着速度を設定し
ていることより成っている。
【００２８】
【実施例】本発明は、プラズマ補助処理法を使用して、
真空室内で陽極と間隔をおいて、陰極上に取り付けられ
た半導体ウェーハ上に、集積回路構造体を製作する改良
された方法を提供しており、プラズマ補助処理法におい
て、プラズマは、真空室内の陰極と陽極とへ接続し、ま
た、約５０から約８００ＭＨz の範囲の周波数で動作す
る、ＶＨＦ／ＵＨＦ電源と呼ばれる電源により発生す
る。
【００２９】好適に、約２：１から約２０：１の陽極と
陰極の面積比、及び約５cmから約３０cmの電極間隔にお
いて、電源は、低圧プラズマ補助処理、すなわち、約５
００ミリトルを超えない圧力範囲内で維持された真空室
内で行われる処理の場合、約５０から約５００ＭＨz の
周波数範囲内の電力を発生する。好適に、約５cmより小
さい陽極と陰極の電極間隔において、電源は、高圧プラ
ズマ補助処理、すなわち、５００ミリトルから５０トル
以上の圧力範囲に維持された真空室内で行われる処理の
場合、約１００ＭＨz から約８００ＭＨz の周波数範囲
内の電力を発生する。
【００３０】プラズマが、約５０から約８００ＭＨz の
範囲内の周波数の電源により発生する場合のプラズマ補
助処理を行うことにより、シース電圧は、ウェーハ上の
構造体に対する破壊を防止するように十分に低く維持さ
れるが、補助電源を必要とせずに、この処理を適切に始
動することが出来る。その上、この周波数範囲でプラズ
マが動作すると、イオンエネルギーの減少と、プラズマ
のラジオ周波数電圧の低下とこれらの周波数におけるプ
ラズマインピーダンスの低下による電流の増加に伴うイ
オン束密度の増加とにより、満足出来る蒸着速度あるい
はエッチング速度が達成される。さらに、この周波数範
囲のプラズマを形成して印加することにより、マイクロ
ローディング (microloading) の影響は低減するか、あ
るいは、除去される。例えば、同じエッチング速度が、
開孔の大きさに関係なく、保持される。
【００３１】ここで使用されている用語“シース (shea
th) ”は、プラズマ内の各電極に形成した、電子が欠如
した領域を意味する。用語“シース電圧”は、特定の電
子欠如領域、すなわち、プラズマと電極（陰極あるいは
陽極）の間の特定のシースに発生し電圧を意味する。本
発明により行われるエッチングと蒸着処理において、約
５０ＭＨz から約８００ＭＨz の範囲の周波数で動作す
る電源により励起されたプラズマを使用する場合、磁気
強化のため真空室の回りに配置された補助磁石を組合せ
て使用することが出来る。プラズマは、約５０ＭＨz か
ら約８００ＭＨz の周波数範囲外で動作する電源を含む
一つ以上の電源へ接続することが出来る。
【００３２】本発明は、各種の処理法で使用することが
出来る。それらは、低圧における反応性イオンエッチン
グ（ＲＩＥ）すなわち５００ミリトル以下、高圧におけ
るプラズマエッチングすなわち５００ミリトル以上の圧
力、低圧における化学蒸着（ＣＶＤ）ファセット法すな
わち５００ミリトル以下、及び高圧における共形等方性
ＣＶＤ法すなわち５００ミリトル以上の圧力などであ
る。
【００３３】本発明の処理法は、本出願と関連出願の、
米国特許No. ０７／４１6,７５０に開示されている装置
などのすべての普通の真空エッチングあるいは蒸着装置
で使用される。しかし、本発明により約５０ＭＨz から
約８００ＭＨz の周波数範囲で動作する電源は、真空装
置と適切に接続することが、本発明の処理法を実施する
に当って重要である。電源へ適切に接続して、この周波
数範囲の真空室内のプラズマにこの電力を接続する回路
網が、米国特許出願No. （整理番号１５１−
１）、名称“ＶＨＦ／ＵＨＦ反応装置”に開示され、特
許請求がなされている。 Ａ．反応性イオンエッチング（ＲＩＥ） 本発明に従い、酸化けい素、ポリシリコン、アルミニウ
ムなどの素材は、約５０ＭＨz から８００ＭＨz の周波
数範囲、好適には、約５００ミリトルを超えない圧力に
おいて、５０ＭＨz から６００ＭＨz の周波数内で動作
する電源へ接続したプラズマを使用して、反応性イオン
エッチングによって除去することが出来る。
【００３４】本発明（陰極上に取付けられたウェーハに
よる）により行われるＲＩＥ処理における全有効陽極面
積と全有効陰極面積との比は、陽極と陰極との平均電極
間隔が約５cmから約３０cmの範囲にあって、陽極：陰極
＝２：１〜２０：１の範囲にあることが好適である。こ
こで使用されている陽極あるいは陰極の“有効面積”
は、プラズマへ接続した電極の面積として定義される。
【００３５】SiO2などの酸化けい素が除去されるもので
ある場合、プラズマの電源の周波数は、プラズマの電源
の通常周波数が約１５０ＭＨz から約２００ＭＨz の範
囲で維持された状態で、約１００から約２５０ＭＨz の
範囲に適切に維持される。高い周波数は約８００ＭＨz
まで使用出来るが、エッチング速度とエッチングの異方
性は、それによって、許容限界以下に低下する。
【００３６】本発明の実施において、ＲＩＥ酸化けい素
エッチングに対して使用される圧力は、約２ミリトルか
ら約５００ミリトルの範囲にあり、通常の圧力が約５０
ミリトルである状態で、約２０から２００ミリトルの範
囲にあることが好適である。本発明による、酸化けい素
のエッチングに使用されるプラズマの電力密度（ウェー
ハ領域のワット／インチ2 ）は、約３０から約７６ワッ
ト／インチ2 、例えば、一般的な直径５インチのウェー
ハの場合約６００〜１５００ワットの範囲にある。好適
には、電力密度は、約４５から約５６ワット／インチ2
の範囲である。
【００３７】各種のエッチングの化学物質が、酸化けい
素の除去のために、本発明のＲＩＥ処理の実施において
利用され、酸化けい素には、１種類以上のふっ素含有ガ
ス、１種類以上の炭素含有ガス、及び選択の１種類以上
の水素含有ガスが含まれている。代表的ガスとガスの混
合物には、CF4, C2F6, C4F8, CHF3, CH3F, CHF3, CH3F
とCF4, CHF3 とCF4, CF4とCH4, C2F6 とCHF3, C4F8とCH
F3, NF3 とCH4, SF6とCH4, CF4とH2、及び、このガスの
化合物あるいはガスの混合物がある。選択使用の酸素の
素材は、本分野の精通者には周知のように、上記混合物
のすべてと結合して、エッチングの選択性を制御する。
アルゴンなどの不活性ガスは、エッチングの異方性を改
善するために、エッチングガスのすべての化合物と共に
選択して使用される。一般的１０〜１５リットルのエッ
チング室に使用される各ガスの流量は、所望の圧力範囲
について使用される真空ポンプの大きさによって、約１
から約３００sccmの範囲にある。
【００３８】酸化けい素のＲＩＥ除去は、本発明の処理
法を使用して、湿潤酸化物の状態で熱的に成長した酸化
物( 流れのなかで成長) に対して、約0.３〜0.７５ミク
ロン／分の範囲の酸化物除去速度が得られる。このエッ
チングは、実際に、高度に異方性であり、集積回路構造
体に対する識別出来る程度の破損は、ウェーハには残存
しない。
【００３９】ポリシリコンあるいはフォトレジストにつ
いて、酸化けい素に対して選択性のある酸化けい素エッ
チングを行うことが望まれる場合、炭素とふっ素の原子
比は、約0.１：１から約２：１の範囲になければならな
い。また、水素（多くのガスの一つに存在する場合）と
ふっ素の原子比は、約0.１：１から約0.５：１の範囲に
なければならない。
【００４０】また、アルミニウムとポリシリコンは、約
１００ＭＨz から約８００ＭＨz の周波数において、好
適には、約１５０ＭＨz から約６００ＭＨz の周波数に
おいて動作する電源を使用して、本発明に従って行われ
たＲＩＥ処理によって、除去することが出来る。アルミ
ニウムあるいはポリシリコンのＲＩＥ除去に使用される
圧力は、酸化物のＲＩＥ除去に使用される圧力と同じで
ある。すなわち、約２ミリトルから約５００ミリトルの
範囲の低圧であり、好適には、約２０ミリトルから約２
００ミリトルの範囲の圧力である。
【００４１】アルミニウムあるいはポリシリコンのＲＩ
Ｅ除去は、本発明の処理により、約１０から約７６ワッ
ト／インチ2 の範囲の、例えば、直径５インチに対し約
２００〜１５００ワットのウェーハ面の電力密度、ま
た、好適には、約２０から約４０ワット／インチ2 の範
囲の電力密度によって行われる。アルミニウムあるいは
ポリシリコンの除去に使用される有用な代表的ＲＩＥ化
学物質には、不活性ガスと塩水含有ガスの混合、例えば
Ｃl2とＡr の混合、あるいは、ＢＣl3とＡr の混合など
があり、これらのガスは、本発明の処理を行う場合に使
用される。この種のガスの普通の流量は、１０〜１５リ
ットルのエッチング室の場合、塩素含有ガスあるいはア
ルゴンなどの不活性ガスに対して、約１０から約１００
sccmの範囲である。
【００４２】本発明により行われたアルミニウムあるい
はポリシリコンＲＩＥ処理のエッチング除去の速度は、
約0.２から約1.０ミクロン／分の範囲であり、好適に
は、約0.５から約0.７ミクロン／分の範囲である。この
エッチングは、実際に高度に異方性であり、ウェーハ上
に残留する集積回路構造体には識別出来る破損はない。
また、単結晶シリコンも酸化けい素のエッチングに使用
する化学物質を変えることにより、例えば、ふっ素の素
材、及び炭素と酸素の選択使用素材を使用して、本発明
のＲＩＥによって除去することが出来る。 Ｂ．プラズマ補助高圧エッチング 酸化けい素及びアルミニウムあるいはポリシリコンのエ
ッチング除去は、高圧により、すなわち、５００ミリト
ルから５０トル以上の圧力により行うことも出来る。こ
のような高圧プラズマ補助エッチング処理が、アルミニ
ウムあるいはポリシリコンなどの素材の除去のために、
本発明に従って使用される場合、プラズマ励起に使用さ
れる周波数は、約５０ＭＨz から約８００ＭＨz 、好適
には、約１００ＭＨz から約２００ＭＨz の範囲にあ
り、圧力は５００ミリトルから約５０トル以上、好適に
は、約１トルから約２０トルの範囲である。
【００４３】電力密度は、ウェーハ領域で約１５から約
７６ワット／インチ2 、好適には、約３０から約５０ワ
ット／インチ2 の範囲である。陽極と陰極の電極間隔
は、プラズマが電極間の容積を完全に満すように、約0.
２cmから約５cmの範囲である。酸化けい素除去の本発明
の高圧プラズマ補助エッチング処理の実施に使用される
エッチング化学物質には、１種類以上のふっ素含有ガ
ス、１種類以上の炭素含有ガス、選択使用の１種類以上
の水素含有ガスがある。代表的ガスと混合ガスは、CF4,
C2F6, C4F8, CHF3, CHF3 とCHF3, CH3FとCF4, CHF3 と
CF4, CF4とCH4, C 2F6 とCHF3, C4F8とCHF3, NF3 とCH4,
SF6とCH4, CF4とH2、及び、この種のガスあるいは混合
ガスの化合物である。選択使用の酸素の素材は、上記混
合物のどれとも結合して、本分野の熟練者には周知のよ
うに、エッチングの選択性を制御する。
【００４４】アルゴンなどの不活性フローガスは、望む
ならば、エッチングガスのすべての化合物と一緒に使用
されて、エッチング面の外形を制御する。一般的な１０
〜１５リットルのエッチング室に使用される各ガスの流
量は、所望の圧力範囲で使用される真空ポンプの大きさ
に従って、約１から約３００sccmの範囲である。本発明
により行われるこの高圧プラズマ補助エッチングのエッ
チング速度は、約0.２から約1.０ミクロン／分の範囲で
ある。
【００４５】本発明のこの処理の実施において、アルミ
ニウムあるいはポリシリコン除去に有用なエッチング化
学物質は、低圧ＲＩＥ処理に使用されるものと同じ、す
なわち、塩素含有ガスと不活性ガスの混合であり、例え
ば、Ｃl2とＡr の混合、あるいは、ＢＣl3とＡr との混
合である。１０〜１５リットルのエッチング室に使用さ
れるこの種のガスの一般的な流量は、塩素含有ガスある
いはアルゴンなどの不活性ガスのいずれについても、約
１０から約１００sccmの範囲である。アルミニウムある
いはポリシリコンのエッチング除去速度は、このような
化学物質を使用して、約0.２から約1.０ミクロン／分の
範囲である。
【００４６】単結晶シリコンも、酸化けい素のエッチン
グに使用される化学物質を変えて、例えば、ふっ素の素
材及び炭素と酸素の選択素材を使用して、本発明の高圧
エッチング処理によって除去することが出来る。 Ｃ．ＣＶＤ低圧（ファセット）蒸着 プラズマ補助処理法により集積回路構造体を製作する、
改良された本方法では、プラズマは、約５０から約８０
０ＭＨz の周波数で動作する電源により発生する。ま
た、本方法は、低圧ＣＶＤ処理などのプラズマ補助蒸着
処理にも使用出来る。
【００４７】ＣＶＤファセット処理として知られている
この処理では、シリコンウェーハの深溝の外側（上部）
の角に蒸着された素材（例えば、酸化物あるいは窒化
物）のエッチングも、酸化物あるいは窒化物の深溝内へ
の蒸着を瞬間的に行い、これによって、充填素材内のす
き間の形成を防止することが出来る。従来技術では、こ
のようなファセット及び蒸着は、ＥＣＲ／マイクロ波周
波数プラズマＣＶＤで瞬間的に行われ、一般的な１3.５
６ＭＨz などの高周波でプラズマ補助ＣＶＤを使用する
従来の技術では、所望のファセットを得るために、蒸着
室とエッチング室との間を往復することが必要であっ
た。
【００４８】本発明により、瞬間的低圧ＣＶＤ蒸着とフ
ァセットは、プラズマが約５０ＭＨz から８００ＭＨz
の周波数範囲で、好適には、約１００ＭＨz から約２５
０ＭＨz の周波数範囲で動作する電源により励起され
る。従って、複雑なマイクロ波／ＥＣＲ装置の使用、あ
るいは、蒸着室とエッチング室との間でウェーハを往復
する必要は、本発明の処理を行うことにより避けること
が出来る。
【００４９】このようなプラズマ補助ＣＶＤファセット
蒸着中のプラズマの電力密度は、約１０から約７６ワッ
ト／インチ2 、好適には、約３０から約７６ワット／イ
ンチ 2 、最も好適には約４５から約５６ワット／インチ
2 の範囲内に維持されなければならない。酸化物あるい
は窒化物の蒸着速度は、約0.１から約1.５ミクロン／分
の範囲の蒸着速度を生ずる１０〜７６ワット／インチ2
の電力密度範囲を有するプラズマの電力密度と共に変化
するが、約４５から５６ワット／インチ2 の範囲の電力
密度で動作すると、酸化物あるいは窒化物などの素材の
所望の厚さが蒸着されるまで、蒸着速度は、約0.４から
1.０ミクロン／分の範囲にある。
【００５０】このプラズマ補助ＣＶＤファセット蒸着中
の蒸着室内の圧力は、約２ミリトルから約５００ミリト
ルの範囲に、好適には、約２０ミリトルから約２００ミ
リトルの範囲に維持されなければならない。蒸着室内の
陽極の全有効面積と陰極（ウェーハが支持されている）
の全有効面積との比は、−“有効面”は、前に定義され
ている通りに、プラズマに接続した面積である−最小で
約２：１から約２０：１の範囲であり、陽極と陰極との
間隔は、最小で約５cmから約３０cmである。
【００５１】この方法により酸化けい素を蒸着する場
合、アルゴンなどの選択不活性ガスのほかに、１種類以
上のけい素の素材と１種類以上の酸素の素材が、蒸着室
に流入する。けい素の素材は、シラン (SiH4）などの気
体状の素材、あるいは、有機けい素の素材、例えば、テ
トラエチルオルトけい酸塩（ＴＥＯＳ）などの液状素材
からの蒸気である。酸素の素材は、Ｏ2 、N2O 、あるい
は、少量の酸素を有するかまたは有していない同素材の
化合物、または、すべてのほかの入手容易な酸素の素材
である。ドープ剤の素材も、ドープされたガラスを蒸着
することが必要である場合、反応室内へ流すことが出来
る。
【００５２】５〜１０リットル蒸着室へのガスの代表的
流量は、けい素の素材としてシラン及び酸素の素材とし
てＯ2 あるいはN2O をアルゴンガスと共に使用する場
合、約１０〜１５０sccmのSiH4、約１０〜３００sccm、
及びゼロから約５００sccmのアルゴンである。ＴＥＯＳ
が、けい素の素材として使用される場合、代表的流量
は、約0.１から約1.０グラム／分の範囲である。
【００５３】窒化けい素は、酸化けい素の代りに、同一
蒸着条件で酸素の素材を窒素の素材に置き換えて、半導
体ウェーハに蒸着することが出来るが、オキシ窒化物を
形成しない上記のすべてのけい素の素材を使用する。こ
れに関して、留意すべきことは、形成された、いわゆる
窒化けい素は、真のSiH4でないが、窒化けい素あるいは
単に“窒化物”と慣例的に呼ばれているSix HyNzである
ことである。
【００５４】このような窒化けい素の層を蒸着する場
合、窒素とアンモニアは、窒素の素材として使用され
る。水素の選択素材も供給出来る。窒化けい素の蒸着の
場合の代表的ガスの流量は、酸化けい素の蒸着と同じ条
件で、約１０から約１５０sccmのSiH4、約２５から約３
００sccmのＮ2 、約ゼロから約５０sccmのNH4 、ゼロか
ら約５０sccmの水素、及びゼロから約５００sccmのアル
ゴンである。
【００５５】オキシ窒化けい素を半導体ウェーハに蒸着
することが望まれる場合、酸素の素材は、ほかのすべて
の反応条件を実質的に変えることなく、窒化けい素の形
成に使用され反応物質へさらに加えることが出来る。 Ｄ．高圧ＣＶＤ（共形等方性）蒸着 酸化けい素と窒化けい素などの素材の共形等性層の蒸着
は、また、高圧条件の下で、すなわち、５００ミリトル
を超えて５０トル以上の圧力において、好適には、約１
トルから約２０トルの範囲で、また、約５０ＭＨz から
約８００ＭＨzの範囲の、好適には、約１５０ＭＨz か
ら８００ＭＨz の範囲の周波数において励起されたプラ
ズマを使用して、本発明により製作され、ウェーハ面の
約１０から約３８ワット／インチ2 の電力密度におい
て、例えば、一般的な直径５インチのウェーハについて
約２００から約７５０ワットの電力レベルに維持され
る。陽極と陰極の電極間隔は、約0.２から約５cmの範囲
にある。
【００５６】けい素の素材は、シラン（SiH4）などの気
体状の素材、あるいはSiH2Cl2 などの置換されたシラン
である。酸素の素材は、N2O あるいはほかの入手容易で
酸素の十分に安全な素材である。５〜１０リットルの蒸
着室へのガスの一般的流量は、けい素の素材としてシラ
ンと酸素の素材としてN2O を使用して、約１０〜１００
０sccmのSiH4と約１００〜５０００N2O である。このよ
うな蒸着条件の下で、約0.１から約２ミクロン／分の蒸
着速度が、共形のSiO2の所望の厚が得られるまで、維持
される。
【００５７】窒化けい素は、また、同一高圧蒸着条件の
下で、酸素の素材を窒素の素材に置換して、酸化けい素
の代りに蒸着される。低圧処理法の場合のように、窒素
と（選択的）アンモニアが、窒素の素材として使用され
る。窒化けい素蒸着の場合の一般的ガスの流量は、酸化
けい素の高圧蒸着の場合と同一条件の下で、約１０から
約１００sccmのSiH4、約１００から約1,０００sccmのＮ
2 、及び約ゼロから約１００sccmのＮＨ3 であり、酸化
けい素とほぼ同じ蒸着速度、すなわち、約0.１から約２
ミクロン／分の速度に達する。
【００５８】半導体ウェーハにオキシ窒化けい素の共形
層を等方性に蒸着することが、望まれる場合、N2O など
の酸素の素材が、ほかのすべての反応条件を実質的に変
えることなく、窒化けい素の形成に使用される反応物質
へさらに加えられる。従って、本発明は、約５０ＭＨz
から約８００ＭＨz の範囲内の周波数において動作する
電源により励起されたプラズマにより、素材の半導体ウ
ェーハへのエッチングと蒸着に関する改良された方法を
提供し、ウェーハ上の素子への破損の危険を防止するに
十分に低いが、所望の異方性を得るに十分に高いシース
電圧を形成し、これによって、本処理法は、従来技術の
処理法に匹敵する反応速度で行われる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のプラズマ補助の処理法によるＲＩＥ低
圧エッチングを示す流れ図である。
【図２】本発明のプラズマ補助の処理法による高圧エッ
チングを示す流れ図である。
【図３】本発明のプラズマ補助の処理法による低圧ＣＶ
Ｄ（ファセット）蒸着を示す流れ図である。
【図４】本処理法のプラズマ補助の処理法による高圧Ｃ
ＶＤ共形等方性蒸着を示す流れ図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 クレイグ エイ ローデリック アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95117 サン ホセ パインヴィュー ドライヴ 776 (72)発明者 チャン ロン ヤン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95032 ロス ガトス カメリア テラ ス 16569 (72)発明者 ディヴィッド エヌ ケイ ワン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95070 サラトガ ソービー ロード 15230 (72)発明者 ダン メイダン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022 ロス アルトス ヒルズ マリ エッタ レーン 12000 (56)参考文献 特開 平２−298024（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−193527（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−73719（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−281730（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−58829（ＪＰ，Ａ) 特表 昭63−500556（ＪＰ，Ａ) 特表 平２−500150（ＪＰ，Ａ)

Claims (16)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 半導体ウェーハ上に集積回路素子を製作
    することに使用される素材を処理するプラズマ補助プロ
    セスであって、陽極及び陰極上に取り付けられたウェー
    ハを有しておりかつ２〜５００ミリトルの範囲内の圧力
    に維持された真空エッチングチャンバ内で、ウェーハ領
    域の１０〜７６ワット／インチ２の範囲の出力密度レベ
    ルに維持され、かつ５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚの周波数
    範囲を有している電源を使用してプラズマを維持する段
    階を具備し、前記陽極及び陰極は、少なくとも２：１の
    陽極対陰極面積の比及び５ｃｍ以上の電極間隔を有する
    ことを特徴とするプラズマ補助プロセス。
  2. 【請求項２】 前記プラズマ補助プロセスは、０．３〜
    ０．７５ミクロン／分のエッチング速度で酸化ケイ素を
    エッチングする処理を含むことを特徴とする請求項１に
    記載のプラズマ補助プロセス。
  3. 【請求項３】 前記電源は、１００ＭＨｚ〜２５０ＭＨ
    ｚの周波数範囲内で動作することを特徴とする請求項２
    に記載のプラズマ補助プロセス。
  4. 【請求項４】 前記チャンバ内の前記圧力は、２０〜２
    ００ミリトルの範囲にあることを特徴とする請求項１に
    記載のプラズマ補助プロセス。
  5. 【請求項５】 前記出力密度が、ウェーハ領域の４５〜
    ５６ワット／インチ２の範囲にあることを特徴とする請
    求項１に記載のプラズマ補助プロセス。
  6. 【請求項６】 フッ素の素材と、水素の選択素材と、炭
    素の素材と、酸素の選択素材と、選択不活性ガスとを、
    前記プラズマが点弧する前記チャンバに流入する段階を
    更に具備することを特徴とする請求項１に記載のプラズ
    マ補助プロセス。
  7. 【請求項７】 前記プロセスは、ポリシリコンまたはフ
    ォトレジストよりも酸化ケイ素をエッチングする選択処
    理を含み、酸化ケイ素のエッチング（厚さ）速度とポリ
    シリコンまたはフォトレジストのエッチング（厚さ）と
    の２：１〜３０：１以上の比を得るように、炭素とフッ
    素との原子比が０．１：１〜２：１の範囲にあり、ま
    た、存在する水素とフッ素との比が約０．１：１〜０．
    ５：１の範囲にあることを特徴とする請求項６に記載の
    プラズマ補助プロセス。
  8. 【請求項８】 前記プロセスは、０．２〜１．０ミクロ
    ン／分のエッチング速度でポリシリコンまたはアルミニ
    ウムをエッチングする処理を含むことを特徴とする請求
    項１に記載のプラズマ補助プロセス。
  9. 【請求項９】 前記電源は、１００ＭＨｚ〜８００ＭＨ
    ｚの周波数範囲内で動作することを特徴とする請求項８
    に記載のプラズマ補助プロセス。
  10. 【請求項１０】 前記電源は、１５０ＭＨｚ〜６００Ｍ
    Ｈｚの周波数範囲内で動作することを特徴とする請求項
    ８に記載のプラズマ補助プロセス。
  11. 【請求項１１】 前記チャンバ内の前記圧力は、２０〜
    ２００ミリトルの範囲にあることを特徴とする請求項８
    に記載のプラズマ補助プロセス。
  12. 【請求項１２】 前記出力密度は、ウェーハ領域の２０
    〜４０ワット／インチ２の範囲にあることを特徴とする
    請求項８に記載のプラズマ補助プロセス。
  13. 【請求項１３】 塩素含有ガスと選択不活性ガスを前記
    プラズマが点弧する前記チャンバに流入する段階を更に
    具備することを特徴とする請求項８に記載のプラズマ補
    助プロセス。
  14. 【請求項１４】 半導体ウェーハ上に集積回路素子を製
    作することに使用される素材を処理するプラズマ補助プ
    ロセスであって、陽極及び陰極上に取り付けられたウェ
    ーハを有しておりかつ２〜５００ミリトルの範囲内の圧
    力に維持された真空エッチングチャンバ内で、ウェーハ
    領域の１０〜７６ワット／インチ２の範囲の出力密度レ
    ベルに維持され、かつ５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚの周波
    数範囲を有している電源を使用してプラズマを維持する
    段階を具備し、前記陽極及び陰極は、５ｃｍ〜３０ｃｍ
    の範囲の電極間隔を有することを特徴とするプラズマ補
    助プロセス。
  15. 【請求項１５】 半導体ウェーハ上の集積回路素子の製
    作に使用される素材をエッチングするプラズマ補助プロ
    セスであって、陽極と陰極上に取り付けられたウェーハ
    とを有しかつ５００ミリトル〜５０トルの範囲内の圧力
    に維持された真空チャンバ内でウェーハ領域の１５〜７
    ６ワット／インチ２の出力密度レベルに維持され、かつ
    ５０ＭＨｚ〜８００ＭＨｚの周波数範囲を有している一
    つ以上の電源を使用してプラズマを維持する段階を具備
    し、前記陽極と陰極の電極は、５ｃｍより小さい電極間
    隔を有し、前記プロセスは、０．２〜１．０ミクロン／
    分のエッチング速度で酸化ケイ素をエッチングする処
    理、ポリシリコンあるいはフォトレジストよりはむしろ
    酸化ケイ素をエッチングする選択処理よりなり、酸化ケ
    イ素エッチング（厚さ）速度とポリシリコンまたはフォ
    トレジストエッチング（厚さ）速度との２：１〜３０：
    １の範囲の比が得られるように、炭素とフッ素との原子
    比が０．１：１〜２：１の範囲であり、存在する水素と
    フッ素との原子比が０．１：１〜０．５：１の間にある
    ことを特徴とするプラズマ補助プロセス。
  16. 【請求項１６】 前記プラズマ補助プロセスは、エッチ
    ングプロセス、ＣＶＤプロセスまたはクリーニングプロ
    セスであることを特徴とする請求項１から請求項１５の
    いずれか一項に記載のプラズマ補助プロセス。
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