JP2760505B2 - Pinダイオードの製造方法 - Google Patents
Pinダイオードの製造方法Info
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- JP2760505B2 JP2760505B2 JP63091972A JP9197288A JP2760505B2 JP 2760505 B2 JP2760505 B2 JP 2760505B2 JP 63091972 A JP63091972 A JP 63091972A JP 9197288 A JP9197288 A JP 9197288A JP 2760505 B2 JP2760505 B2 JP 2760505B2
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Description
【発明の詳細な説明】 (イ)産業上の利用分野 本発明は順方向電流IFが大きくなるにつれて順方向直
列抵抗rSが非常に小さくなるPINダイオードとその製造
方法に関する。
列抵抗rSが非常に小さくなるPINダイオードとその製造
方法に関する。
(ロ)従来の技術 PINダイオードは電子スイッチの基本回路動作を行う
半導体素子で、TVやFMチューナ等の電子チューナに利用
される電子同調システムや、VTRの高周波信号切替えス
イッチとして用いられ、スイッチ以外にもバンド切替え
やAGC回路等に幅広く応用されている(特開昭58−22337
5号公報、H01L 29/91)。
半導体素子で、TVやFMチューナ等の電子チューナに利用
される電子同調システムや、VTRの高周波信号切替えス
イッチとして用いられ、スイッチ以外にもバンド切替え
やAGC回路等に幅広く応用されている(特開昭58−22337
5号公報、H01L 29/91)。
従来のPINダイオードは、例えば第5図に示すように
製造していた。即ち、まず第5図Aに示すように、比抵
抗が2000Ω・cm程度のI(Intrinsic)型層となるN型
半導体基板(1)の両面にN型不純物(リン等)を極め
て深く拡散し、続いて第5図Bに示すように素子を形成
すべき表面を鏡面研磨してI型層を露出する。N+型半導
体層(2)の拡散深さは100乃至150μであり、研磨後の
I型層の厚みは必要耐圧で異るが100μ程度である。次
に第5図Cに示すように、酸化膜パターン(3)を利用
してI型層表面にチャンネルストッパ(4)を形成し、
続いて第5図Dに示すように、チャンネルストッパ
(4)で囲まれたI型層表面に再度酸化膜パターン
(3)を利用して選択的にP+型半導体層(5)を形成す
る。しかる後、第5図Eに示すように、電極(6)
(7)(8)を形成することによりPINダイオードが得
られる。
製造していた。即ち、まず第5図Aに示すように、比抵
抗が2000Ω・cm程度のI(Intrinsic)型層となるN型
半導体基板(1)の両面にN型不純物(リン等)を極め
て深く拡散し、続いて第5図Bに示すように素子を形成
すべき表面を鏡面研磨してI型層を露出する。N+型半導
体層(2)の拡散深さは100乃至150μであり、研磨後の
I型層の厚みは必要耐圧で異るが100μ程度である。次
に第5図Cに示すように、酸化膜パターン(3)を利用
してI型層表面にチャンネルストッパ(4)を形成し、
続いて第5図Dに示すように、チャンネルストッパ
(4)で囲まれたI型層表面に再度酸化膜パターン
(3)を利用して選択的にP+型半導体層(5)を形成す
る。しかる後、第5図Eに示すように、電極(6)
(7)(8)を形成することによりPINダイオードが得
られる。
(ハ)発明が解決しようとする課題 しかしながら、上述した従来の製造方法では、N+型半
導体層(2)の形成に熱拡散を用いる為、第4図に示す
ように、N+型半導体層(2)が濃度勾配を持ち、I型層
との境界付近では不純物濃度がかなり低下してPINダイ
オードの順方向直列抵抗(rS)の増大を招く欠点があっ
た。
導体層(2)の形成に熱拡散を用いる為、第4図に示す
ように、N+型半導体層(2)が濃度勾配を持ち、I型層
との境界付近では不純物濃度がかなり低下してPINダイ
オードの順方向直列抵抗(rS)の増大を招く欠点があっ
た。
また、N+型半導体層(2)は歩留り向上の為十分深い
厚みが要求されるので、拡散時間が100時間以上と極め
て長く、更にはI型層を露出する為の研磨工程にも長い
時間を要する欠点があった。
厚みが要求されるので、拡散時間が100時間以上と極め
て長く、更にはI型層を露出する為の研磨工程にも長い
時間を要する欠点があった。
(ニ)課題を解決するための手段 本発明は斯上した欠点に鑑み成されたもので、N+型半
導体層(12)の形成にエピタキシャル成長法を使用し、
N+型半導体層(12)の厚み方向の不純物濃度分布が一定
となるようにすることで直列抵抗(rS)の小さい、且つ
製造の容易なPINダイオードを提供するものである。
導体層(12)の形成にエピタキシャル成長法を使用し、
N+型半導体層(12)の厚み方向の不純物濃度分布が一定
となるようにすることで直列抵抗(rS)の小さい、且つ
製造の容易なPINダイオードを提供するものである。
(ホ)作用 本発明によれば、N+型半導体層(12)はI型層との境
界付近においても高い不純物濃度を有するので、N+型半
導体層(12)の抵抗成分を減じることができる。また、
基板(11)の片側にのみ選択的に形成できるので、基板
(11)の研磨量を減少できる。
界付近においても高い不純物濃度を有するので、N+型半
導体層(12)の抵抗成分を減じることができる。また、
基板(11)の片側にのみ選択的に形成できるので、基板
(11)の研磨量を減少できる。
(ヘ)実施例 以下、本発明の一実施例を図面を参照しながら詳細に
説明する。
説明する。
第1図は本発明のPINダイオードの断面構造を示し、
(11)は比抵抗が2000Ω・cm程度のI型層となるN型半
導体シリコン基板、(12)は基板(11)の裏面にエピタ
キシャル成長法によって形成したN+型半導体層、(13)
は基板(11)表面にリング状に形成したN+型のチャンネ
ルストッパ、(14)はチャンネルストッパ(13)で囲ま
れた基板(11)表面に選択的に形成したP+型半導体層、
(15)は酸化膜、(16)はアノード電極、(17)はカソ
ード電極、(18)はフィールドプレートである。
(11)は比抵抗が2000Ω・cm程度のI型層となるN型半
導体シリコン基板、(12)は基板(11)の裏面にエピタ
キシャル成長法によって形成したN+型半導体層、(13)
は基板(11)表面にリング状に形成したN+型のチャンネ
ルストッパ、(14)はチャンネルストッパ(13)で囲ま
れた基板(11)表面に選択的に形成したP+型半導体層、
(15)は酸化膜、(16)はアノード電極、(17)はカソ
ード電極、(18)はフィールドプレートである。
本願はN+型半導体層(12)の形成にエピタキシャル成
長法を使用した点に特徴を有する。エピタキシャル成長
法は設定した不純物濃度の半導体層を積層するので、第
3図に示す如く、N+型半導体層(12)はI型層との境界
面からその露出面まで厚み方向全てに不純物濃度を均一
に且つ高濃度でしかも短時間で厚く形成できる。その
為、N+型半導体層(12)の層抵抗を減じることができ、
結果、PINダイオードの順方向直列抵抗rSを大幅に低減
せしめることができる。
長法を使用した点に特徴を有する。エピタキシャル成長
法は設定した不純物濃度の半導体層を積層するので、第
3図に示す如く、N+型半導体層(12)はI型層との境界
面からその露出面まで厚み方向全てに不純物濃度を均一
に且つ高濃度でしかも短時間で厚く形成できる。その
為、N+型半導体層(12)の層抵抗を減じることができ、
結果、PINダイオードの順方向直列抵抗rSを大幅に低減
せしめることができる。
上述した本願のPINダイオードは第2図に示すように
製造される。即ち、まず第2図Aに示すように、例えば
コロイダルシリカを使用したポリッシングによって片面
を鏡面加工した面方位(111)、比抵抗2000Ω・cm、厚
さ200乃至300μmのN型単結晶シリコン半導体基板(1
1)を用意し、エピタキシャル成長法によって前記鏡面
加工面に比抵抗が0.001乃至0.1Ω・cm、厚さ100乃至150
μmのN+型半導体層(12)を形成する。
製造される。即ち、まず第2図Aに示すように、例えば
コロイダルシリカを使用したポリッシングによって片面
を鏡面加工した面方位(111)、比抵抗2000Ω・cm、厚
さ200乃至300μmのN型単結晶シリコン半導体基板(1
1)を用意し、エピタキシャル成長法によって前記鏡面
加工面に比抵抗が0.001乃至0.1Ω・cm、厚さ100乃至150
μmのN+型半導体層(12)を形成する。
エピタキシャル成長に際しては、例えばSiH4+H2→Si
+2H2なる反応式による熱分解法やSiCl4+H2→Si+4HCl
なる反応式による水素還元法等の化学的方法(CVD法)
を使用し、前記H2ガスにフォスフィン(PH3)を0.1乃至
0.5%混合したものを0.4乃至2.0/min供給し続けるこ
とで高濃度半導体層を形成する。ドナー不純物には他に
もヒ素(AS)等がある。また、N+型半導体層(12)は前
記H2(PH3)ガスの流量を一定とすることで厚み方向の
不純物濃度を一定に形成する。前記エピタキシャル成長
法は結晶がN型半導体基板(11)表面の結晶面に従って
単結晶で成長するので、N+型半導体層(12)の表面はN
型半導体基板(11)の鏡面加工面と略同等の表面を形成
する。尚、ドナー不純物を高濃度にしたことでエピタキ
シャル成長結晶が多結晶になってもかまわない。その場
合は以下のP+型半導体層(14)形成の熱処理等でこれを
アニールして単結晶に近ずける。
+2H2なる反応式による熱分解法やSiCl4+H2→Si+4HCl
なる反応式による水素還元法等の化学的方法(CVD法)
を使用し、前記H2ガスにフォスフィン(PH3)を0.1乃至
0.5%混合したものを0.4乃至2.0/min供給し続けるこ
とで高濃度半導体層を形成する。ドナー不純物には他に
もヒ素(AS)等がある。また、N+型半導体層(12)は前
記H2(PH3)ガスの流量を一定とすることで厚み方向の
不純物濃度を一定に形成する。前記エピタキシャル成長
法は結晶がN型半導体基板(11)表面の結晶面に従って
単結晶で成長するので、N+型半導体層(12)の表面はN
型半導体基板(11)の鏡面加工面と略同等の表面を形成
する。尚、ドナー不純物を高濃度にしたことでエピタキ
シャル成長結晶が多結晶になってもかまわない。その場
合は以下のP+型半導体層(14)形成の熱処理等でこれを
アニールして単結晶に近ずける。
この様にエピタキシャル成長法を用いれば、例えば厚
さ100μmのN+型半導体層(12)を形成するのに従来の
方法では約80時間の拡散時間を要するのに対し、本願手
法では約100分の成長時間で同じ厚さの半導体層を形成
することができる。
さ100μmのN+型半導体層(12)を形成するのに従来の
方法では約80時間の拡散時間を要するのに対し、本願手
法では約100分の成長時間で同じ厚さの半導体層を形成
することができる。
次に第2図Bに示すように、N型半導体基板(11)の
N+型半導体層(12)を形成した面とは反対の面を研削し
て全体の厚みを200乃至300μmにまで減じ、且つ表面を
鏡面研磨して拡散領域形成が可能な面とする。一般に製
造工程内において半導体ウェハーの取扱いが可能な厚さ
は約150μmが限界であると言われているが、本願はN+
型半導体層(12)の分だけ厚みを増してからN型半導体
基板(11)を削るので、ウェハーの取扱いに支障をきた
さない。また、従来手法ではN+型半導体層(12)を深く
形成すると当然基板(11)の反対面を削る量が増すが、
本願では基板(11)の一主面にのみ選択的にN+型半導体
層(12)を形成できるので、削る量とI型層となる基板
(11)の厚みを最適化設計でき、無駄を省ける。
N+型半導体層(12)を形成した面とは反対の面を研削し
て全体の厚みを200乃至300μmにまで減じ、且つ表面を
鏡面研磨して拡散領域形成が可能な面とする。一般に製
造工程内において半導体ウェハーの取扱いが可能な厚さ
は約150μmが限界であると言われているが、本願はN+
型半導体層(12)の分だけ厚みを増してからN型半導体
基板(11)を削るので、ウェハーの取扱いに支障をきた
さない。また、従来手法ではN+型半導体層(12)を深く
形成すると当然基板(11)の反対面を削る量が増すが、
本願では基板(11)の一主面にのみ選択的にN+型半導体
層(12)を形成できるので、削る量とI型層となる基板
(11)の厚みを最適化設計でき、無駄を省ける。
次に第2図Cに示すように、基板(11)表面を熱酸化
して酸化膜(SiO2)を形成し、この熱酸化膜をフォトエ
ッチングして酸化膜パターン(19)を得ると共に、酸化
膜パターン(19)をマスクとしてリン(P)又はヒ素
(AS)を選択拡散することによりN+型のチャンネルスト
ッパ(13)を形成する。
して酸化膜(SiO2)を形成し、この熱酸化膜をフォトエ
ッチングして酸化膜パターン(19)を得ると共に、酸化
膜パターン(19)をマスクとしてリン(P)又はヒ素
(AS)を選択拡散することによりN+型のチャンネルスト
ッパ(13)を形成する。
次に第2図Dに示すように、再度酸化膜をパターニン
グしてチャンネルストッパ(13)で囲まれた基板(11)
上に開孔部を有する酸化膜パターン(19)を形成し、こ
れをマスクとしてボロン(B)をデポジット又はイオン
注入し、基板(11)全体を加熱処理して前記ボロン
(B)を拡散することによりP+型半導体層(14)を形成
する。これでPIN接合が形成される。
グしてチャンネルストッパ(13)で囲まれた基板(11)
上に開孔部を有する酸化膜パターン(19)を形成し、こ
れをマスクとしてボロン(B)をデポジット又はイオン
注入し、基板(11)全体を加熱処理して前記ボロン
(B)を拡散することによりP+型半導体層(14)を形成
する。これでPIN接合が形成される。
次に第2図Eに示すように、チャンネルストッパ(1
3)表面とP型半導体層(14)表面にコンタクトホール
を開孔し、全面に蒸着又はスパッタ法によりアルミニウ
ム(Al)膜を堆積し、このアルミニウム膜をパターニン
グすることでP+型半導体層(14)表面のアノード電極
(16)とチャンネルストッパ(13)表面のフィールドプ
レート(18)を形成する。
3)表面とP型半導体層(14)表面にコンタクトホール
を開孔し、全面に蒸着又はスパッタ法によりアルミニウ
ム(Al)膜を堆積し、このアルミニウム膜をパターニン
グすることでP+型半導体層(14)表面のアノード電極
(16)とチャンネルストッパ(13)表面のフィールドプ
レート(18)を形成する。
上記電極の配設が終了し、SiO2膜やSiN膜のパッシベ
ーション膜を形成した後、カソード用の裏張電極(17)
形成へ移行する。裏張電極(17)の形成に際しては、先
ずP+型半導体層(14)の拡散工程によって反対側のN+型
半導体層(12)表面にも不要な不純物が侵入しているの
で、電極形成前にこれらの不純物が侵入した層を除去し
てN+型半導体層(12)を露出しなければならない。ま
た、除去した後の表面は後工程での信頼性を増す為に平
滑な面であることが必要である。その為、裏張電極(1
7)形成に先立ちラッピング、鏡面ポリッシング等の技
術を利用してN+型半導体層(12)表面を研磨し、その後
蒸着又はスパッタ法によってAu,Cr−Au,NiCr−Au等の裏
張電極(17)を形成する。
ーション膜を形成した後、カソード用の裏張電極(17)
形成へ移行する。裏張電極(17)の形成に際しては、先
ずP+型半導体層(14)の拡散工程によって反対側のN+型
半導体層(12)表面にも不要な不純物が侵入しているの
で、電極形成前にこれらの不純物が侵入した層を除去し
てN+型半導体層(12)を露出しなければならない。ま
た、除去した後の表面は後工程での信頼性を増す為に平
滑な面であることが必要である。その為、裏張電極(1
7)形成に先立ちラッピング、鏡面ポリッシング等の技
術を利用してN+型半導体層(12)表面を研磨し、その後
蒸着又はスパッタ法によってAu,Cr−Au,NiCr−Au等の裏
張電極(17)を形成する。
ところで、前述した如く鏡面加工した面に単結晶を積
層するとその表面も鏡面状態となる。その為、N+型半導
体層(12)表面は改めて鏡面加工しなくても組立可能な
状態にある。また、P+型半導体層(14)形成にイオン注
入法を用いれば、ウェハー裏面への不純物の廻り込みが
少ないので研磨量を5μm程度と少くできる。従って本
願の他の実施例として、鏡面加工したN型半導体基板
(11)にN+半導体層(12)を単結晶でエピタキシャル成
長し、P+型半導体層(14)をイオン注入法で形成してお
けば、裏面研磨を例えばHNO3+HF+CH3COOH水溶液によ
る化学的エッチングだけで済ませることが可能となる。
化学的エッチングはポリッシング等の物理的研磨とは異
り機械的応力が加わらないので、裏面研磨に伴うウェハ
ーの破損が極めて少い。その為、機械的強度の制約が無
いので、I型層の厚みに対する設計自由度が増し、より
直列抵抗rSの小さい装置を容易に製造できる。
層するとその表面も鏡面状態となる。その為、N+型半導
体層(12)表面は改めて鏡面加工しなくても組立可能な
状態にある。また、P+型半導体層(14)形成にイオン注
入法を用いれば、ウェハー裏面への不純物の廻り込みが
少ないので研磨量を5μm程度と少くできる。従って本
願の他の実施例として、鏡面加工したN型半導体基板
(11)にN+半導体層(12)を単結晶でエピタキシャル成
長し、P+型半導体層(14)をイオン注入法で形成してお
けば、裏面研磨を例えばHNO3+HF+CH3COOH水溶液によ
る化学的エッチングだけで済ませることが可能となる。
化学的エッチングはポリッシング等の物理的研磨とは異
り機械的応力が加わらないので、裏面研磨に伴うウェハ
ーの破損が極めて少い。その為、機械的強度の制約が無
いので、I型層の厚みに対する設計自由度が増し、より
直列抵抗rSの小さい装置を容易に製造できる。
こうして形成した本願のPINダイオードは、N+型半導
体層(12)の不純物濃度プロファイルを第3図に示す如
く一定にすることができるので、第6図に示す通り、本
願のPINダイオードは従来のものより順方向直列抵抗rS
を大幅に減じることができ、その効果は特に高電流域に
おいて大きい。
体層(12)の不純物濃度プロファイルを第3図に示す如
く一定にすることができるので、第6図に示す通り、本
願のPINダイオードは従来のものより順方向直列抵抗rS
を大幅に減じることができ、その効果は特に高電流域に
おいて大きい。
(ト)発明の効果 以上説明した如く、本発明によれば、N+型半導体層
(12)の不純物濃度プロファイルを高濃度に且つ一定に
できるので、順方向直列抵抗rSの小さい、特性良好なPI
Nダイオードを提供できる利点を有する。また、N+型半
導体層(12)を形成してから全体厚を減じるので、製造
工程中取扱いが容易であり、ウェハーの破損等を防止で
きると共に、I型層の厚みを最適化設計できる利点を有
する。さらに、裏面研磨に化学的エッチングを使用する
ことにより、一層ウェハーの破損等の事故を防止し、歩
留りを向上できると共に、I型層の厚みを更に最適化す
ることで一層優れた特性のPINダイオードを提供できる
利点をも有する。
(12)の不純物濃度プロファイルを高濃度に且つ一定に
できるので、順方向直列抵抗rSの小さい、特性良好なPI
Nダイオードを提供できる利点を有する。また、N+型半
導体層(12)を形成してから全体厚を減じるので、製造
工程中取扱いが容易であり、ウェハーの破損等を防止で
きると共に、I型層の厚みを最適化設計できる利点を有
する。さらに、裏面研磨に化学的エッチングを使用する
ことにより、一層ウェハーの破損等の事故を防止し、歩
留りを向上できると共に、I型層の厚みを更に最適化す
ることで一層優れた特性のPINダイオードを提供できる
利点をも有する。
第1図は本発明を説明する為の断面図、第2図はA乃至
第2図Eは本発明の製造方法を説明する為の断面図、第
3図及び第4図は夫々本発明と従来のPINダイオードの
不純物濃度プロファイルを説明する為の特性図、第5図
A乃至第5図Eは従来例を説明する為の断面図、第6図
は夫々本発明と従来のPINダイオードの特性を説明する
為の特性図である。 (11)はI型層となるN型半導体基板、(12)はN+型半
導体層、(14)はP+型半導体層である。
第2図Eは本発明の製造方法を説明する為の断面図、第
3図及び第4図は夫々本発明と従来のPINダイオードの
不純物濃度プロファイルを説明する為の特性図、第5図
A乃至第5図Eは従来例を説明する為の断面図、第6図
は夫々本発明と従来のPINダイオードの特性を説明する
為の特性図である。 (11)はI型層となるN型半導体基板、(12)はN+型半
導体層、(14)はP+型半導体層である。
Claims (2)
- 【請求項1】高比抵抗の単結晶半導体基板の一方の面
に、エピタキシャル成長法によりその不純物濃度が厚み
方向で一定となるような膜厚100〜150μの一導電型の高
濃度層を形成する工程と、 前記単結晶半導体基板の前記一導電型の高濃度層を形成
した面とは反対の面を研磨して、全体の厚みを200〜300
μに減少させる工程と、 前記単結晶半導体基板の反対面に、不純物を選択拡散し
て逆導電型の半導体層を形成する工程と、 前記逆導電型の半導体層の表面と前記一導電型の高濃度
層の表面の夫々に電極を配設する工程とを具備すること
を特徴とするPINダイオードの製造方法。 - 【請求項2】高比抵抗の単結晶半導体基板の一方の面を
鏡面加工し、該鏡面加工面に、エピタキシャル成長法に
よりその不純物濃度が厚み方向で一定となるような一導
電型の高濃度層を形成する工程と、 前記単結晶半導体基板の前記一導電型の高濃度層を形成
した面とは反対の面を研磨して、全体の厚みを減少させ
る工程と、 前記単結晶半導体基板の反対面に、イオン注入により不
純物を選択拡散して逆導電型の半導体層を形成する工程
と、 前記逆導電型の半導体層の表面に電極を配設する工程
と、 前記一導電型高濃度層の表面を化学エッチングする工程
と、 前記一導電型高濃度層の化学エッチングした面に裏張り
電極を形成する工程とを具備することを特徴とするPIN
ダイオードの製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63091972A JP2760505B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | Pinダイオードの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63091972A JP2760505B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | Pinダイオードの製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01262671A JPH01262671A (ja) | 1989-10-19 |
JP2760505B2 true JP2760505B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=14041444
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63091972A Expired - Lifetime JP2760505B2 (ja) | 1988-04-14 | 1988-04-14 | Pinダイオードの製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2760505B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06350109A (ja) * | 1993-06-10 | 1994-12-22 | Nec Corp | Pin構造半導体装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS51120674A (en) * | 1975-04-16 | 1976-10-22 | Hitachi Ltd | Semiconductor device |
JPS52102685A (en) * | 1976-02-24 | 1977-08-29 | Thomson Csf | Pin diode |
JPS5792872A (en) * | 1980-12-01 | 1982-06-09 | Mitsubishi Electric Corp | Diode |
JPS57128983A (en) * | 1981-02-02 | 1982-08-10 | Nec Corp | Pin diode |
-
1988
- 1988-04-14 JP JP63091972A patent/JP2760505B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH01262671A (ja) | 1989-10-19 |
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